Transcript ppt - 理化学研究所

ベクトル中間子で探る
強い相互作用のもたらす質量の謎
－失われた対称性を追ってー
延與秀人
理化学研究所
はじめに （物理の説明）
実験の概要
実験結果 f →K+K－ & w/r →e＋e－
まとめと議論
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1
for
CERN Press Release
Feb. 2000
これは１例、他に７つほど
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理論屋の見解（闇雲に信じると痛い目に？）
クォーク質量はもともとほとんどゼロ。強い相互作用での
対称性の自発的破れでのため有効質量を持つ
•  qq  quark condensate : クォーク凝縮
• カイラル対象性の破れの指標
• 観測量ではない （残念！）
→ Vector Meson, r w f, の質量
Mv = 2 x Mqeff + small interaction term
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思考実験１）原子核に束縛された核子やメソン
• 神岡の水タンクのなかで酸素原子核のなかの中性子（または陽子が
ＧＵＴ崩壊したことを想定してみる。崩壊粒子は完全測定し、不変質
量を求めると…
n → π+ + e4
Mn2 → ( Eπ + Ee)2 -(Pπ + Pe)2
Mn = 939.6 MeV , Mn = 938.3MeV ?????
→ π + + e- +
15O*
(Mn +M15O ) 2
→ (E15O + Eπ + Ee )2 - (P15o + Pπ + Pe )2
16O
のレベルを
見ることになる
2
2
16O
2
正確に言うと
E (GeV )
3
1
0
0
1
p
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2
2
(GeV
2
3
)
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思考実験２）媒質中を走るメソン
Outside
be small
Inside
• 媒質中の中間子の質量分布（スペクル関数）
– 娘粒子から構成する「不変質量」はローレンツ不変ではない （分散関係）
• 共鳴エネルギー位置（質量）のシフト
• 共鳴巾の増大、縮小も起こり得る
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Experiments
CLUES
Experiment
CERES/HELIOS-3
KEK-TANASHI ES
GSI
Measurements
r modification
r modification
p modification
Interests
Temp. dep. ρis modified in Hot Matter
Density dep. ρis modified in He
Density dep. πis modified in Pb
Present & future experiments
.
RHIC(running)/LHC(2006)
KEK-PS: p+A→f+X(fK+K-/e+e-) (Running)
SPring-8: g + →f+A*(f→ K+K-)
(Ready to run )
GSI: d +A→3He+A* (hw bound states) (Ready to run )
GSI-HADES: p +A→ w+A* (w→e+e-) (Preparation, 2001?)
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KEK-PS E325
原子核媒質中で起こるρωφ の崩壊の測定
KK Threshold
in Free Space
f modification ?
K modification ?
質量分布の変化の測定
 / / → e+e2001年5月 東工大セミナー
f(G=4.4MeV) DQ=38MeV
 →K+K- / → e+e延與秀人 理化学研究所
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Some Tips of E325
•
109/sec の一次ビーム（12GeV）を薄い原子核標的（散乱長 0.1%）に照射（γコン
バージョンを抑える）。
• 狙いはゆっくり動くメソン f,w,r , ｐ =１~2GeV/c(lab). 約 10% の作られた f‘sは確
率的に原子核内で崩壊（巾が広がらなかった場合）。
• 予想される質量変化はφで 20~40 MeV、ρやωで～140MeV （初田-Lee).
• セカンド・ピークの相対量はメソンの速度で変わる可能性がある。
• 崩壊比 (f→K+K-)/(f→e+e-) はφとK の質量変化に敏感な量である。
•
f, w の自然巾は狭いが (4.4, 8.4MeV),核内巾は広がる可能性あり。
見積もりは
- Gf = sfN bfr0
Gf <20MeV
- s{fN} < $10mb, total cross section (from g+A→f ) bf=0.7,r0
=0.16/fm3
- f +*K-*(K-N→SX)
- Klingle and Weise
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Gf ~44MeV (at rest)
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Brief Mile Stones and Status
Analysis
•
•
•
KK ee•
•
1994 3月. KEK-PS PAC 留保
1995 3月. KEK-PS PAC 採択
1996 7月. 建設開始
1996 11月. Engineering Run (40.5shift of beam test)
1997 6月, 最初の物理ラン（K+K-）. 17days 50 shifts
– Data accumulation mainly with K+K- channel trigger
– Beam Intensity 1~2 x108$ protons/spill on 0.6% interaction targets (106 interaction/spill)
• 1998 3月. スペクトロメーター完成,
• 1998 ４－５月. 物理ラン days 74shifts.
– Parallel Trigger. K+K-/ e+e– Beam Intensity 1~2 x 109 protons/spill on 0.1% interaction target (106$ interaction/spill)
• 1999 6月 物理ラン 57 shifts
– Parallel Trigger. K+K-/ e+e– Beam Intensity 1~2 x 109 protons/spill on 0.2% interaction target (106$ interaction/spill)
• 2000 6月, 35shifts
• 2000 12月. 35shifts
• 2001 12月. ~100 shifts
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E325 collaboration
• Kyoto University
H.Funahashi,, M.Kitaguchi, M.Miyabe, T.Murakami,
R.Muto, M.Naruki, F.Sakuma, H.D. Sato, S.Yamada
• CNS, University of Tokyo
ICEPP, U-Tokyo
S.Mihara
M.Ishino
– H.Hamagaki, K.Ozawa
• Tohoku University
– H. Kanda
• KEK
– J.Chiba, M.Ieiri, O.Sasaki, M.Sekimoto, K.Tanaka
• Osaka University
– M.Nomachi
Companies
T.Miyashita
Y.Yoshimura
K.Hamada
• RIKEN
– S.Yokkaichi, T.Tabaru, H. Enyo
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E325 SETUP
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ターゲット周り
• 3枚の串刺し標的
C/CH2/Cu
– 109/s protons，
– 106/s interactions
• Vertex chamber
2000年から
– 1.75mm drift length
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Spectrometer Performance (Invariant Mass Spectrum)
L→pp0→p-p+
ML= 1115.4-5MeV/c2 (PDG 1115.7MeV/c2)
dML = 1.8-2.4MeV/c2 (Sim 1.9MeV)
M= 494.8MeV/c2 (PDG 497.7MeV/c2)
dMk = 6.1MeV/c2 (Sim 6.3MeV )
φ→KK 2．4MeV φ→ee 9MeV
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‘98 data (Electron Channel)
PRL, the issue of
28 May, page 5019
w  e+e-
• ω→e+e－ Significant Difference between C and Cu
• The first observation of in-medium decay of vector mesons.
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Combinatorial background
電子の主なバックグラウンドは
π0→γγ （γ→ee)
π0→ eeγ
ππ相関は？ （左の絵）
Spectrum of p pair
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‘99 data (KK mode)
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to be published
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JAM (Y.Nara, RBRC)
Intra Nuclear Cascade Code
Pt
βγ
Y
Ｙ－Pt
Resonance Production ( Low Energy)
String Excitation (Mid Energy)
Parton-parton (High Energy)
K+K- Sources
JAM
1. φ
All come from string decays
2. a0/f0
3. Non resonant (not large)
4. PID back ground
Experiment
C,CH2 data (χ2 = 34.5/37)
a0/f0 to φ 37．7±10 %
Gd,Cu data (χ2 = 38.8/37)
a0/f0 to φ 27.2±10．1％
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Kinematical Distributions are well
Described by JAM
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s
Target Mass Dependence of
f→K+K- (’97+’99 Data)
a=1.010.09
a=1.080.01
EXP
JAM
a is surprisingly large but
explained by JAM.
For Carbon
Ωσ= 0．19 0.030.09 μｂ EXP
Ωσ= 0．31 0.03 μｂ
JAM
σ= 15.5 Aαμｂ
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JAM
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s
Target Mass Dependence of
( , →e+e- (’99 Data)
a=
a=
0.63 ± 0.07 for ωpeak
1.03 ± 0.15 for φpeak
ω→e+e－
C/CH2
φ→e+e－
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何を学んだのか ?
• ベクターメソンの質量スペクトラムの
変化をはじめて電子対モードで観測。
• QCD カイラル対称性が部分的回復
した現象か？
Toy Model 計算
– ちと早計
（世の中それほど単純ではない）
？無責任？な過程
初田氏の予想に従った質量シフト
媒質中での崩壊巾は自由空間の
3倍 ( D. Cabera et al.)
ρ・ω 生成は核表面で起こる（A 2/3）
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なにが足りないのか ?
• 理論的には
– 媒質中の崩壊巾のひろがりは？
• 不変質量分布
• 崩壊頻度
仕事はいろいろ出ているが共通見解はない。
– 他のトリビアルな原因？
• Collisional broadening
• Phase space (E325では効かない)
• 実験的には
– まずは統計精度の向上
• 正確な質量分布の形を与えること
• 分散関係（形の運動量依存性）
– φ→e+e－
• 理論的な不定性はかなり消える。
By Akaishi, Yamazaki
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Summary and Outlook

The ’97+’99 f→K+K- のデータは解析終了。 結果は




‘98 ω→e+e- の質量スペクトラムにはρ/ω の核内崩壊に起因す
ると考えられる変化が観測された。



核物質中で崩壊したメソンの初めての測定。.
この現象を支配する物理は未だ明確ではないが、実験データとしては重要なス
テップである。
‘99 e+e- のデータは解析中。 φ →e+e-の美しいピークが見えている。


質量スペクトラムに有為な変化は見出せない( a0/f0 は問題 )
生成の原子核質量依存性は大 (a =1.01 +- 0.09 )
カスケード・コード JAMは結果をよく再現している.
ω とφの生成の原子核質量依存性はそれぞれ ~2/3 と ~3/3。
最終的な統計は５－１０倍程度になり、φ→e+e- の質量分布とそ
の分散関係（運動量依存性）が議論可能になる。
有限密度下でのカイラル対称性の実態に迫る初めての実
験となることが目標。
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Electron efficiency and pion contamination
• We evaluated the electron
efficiency and pion
contamination in the
momentum range greater than
400 MeV/c.
EM cal Energy.vs.Momentum


The remaining ep pair background was estimated to be
about 13% in the final e+e- pair sample.
The contaminations like pp pair to be negligibly small.
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Kinematical distribution of electron pair
• The kinematical coverage of the present data
is shown.
Opening
Opening
bg
bglab
• The
combinatorial
background
lab
angle
angle is subtracted.
Transverse
Momentum
Rapidity
Light Target
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Transverse
Momentum
Rapidity
Heavy Target
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450GeV p+Be→ee Helios/Na34
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