Transcript ミューオニウム・反ミューオニウム変換の予備実験

ミューオニウム・反ミューオニウム変換
の予備実験
京都大学理学部物理第二教室
2002年度4回生課題研究
小黒桂、臼井宗一郎、谷口七重、 J.A.Hutasoit
担当教官： 笹尾 登、野村 正(*)
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
1
Contents
1.
2.
Motivation
Mu → anti-Mu 実験

3.
原理試験のための実験


4.
5.
Activation法
負ミューオン捕獲実験
184Ta の検出実験
結果
まとめ
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
2
Modivation
ミューオニウム・反ミューオニウム変換
Muonium(m+e-)から anti-muonium(m-e+)へ
 Lepton Flavor Violation 過程


Beyond the Standard Model



Doubly charged Higgs
Heavy Majorana neutrino
Neutral scalar (SUSY,…)
m+
m-
D++
eSeptember 17, 2003
m+
nm
WR
e+
e-
m-
m+
WN
WL
ne
e+
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
e+
e-
m3
Mu → anti-Mu 実験
Mu → anti-Mu 変換実験

ミューオンビームラインでのカウンター実験
Present World Record (PSI, 1999)
GMu Mu  3.0 10-3 GF ( PM M  8.3 10-11 )



Coincidence of

e+ of anti-Mu (13.5eV, accelerated to 7keV) and

e- from m- decay (Michel, max 53MeV)
Background limited
Activation method
(TRIUMF, 1990)
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
4
Mu → anti-Mu 実験
Activation法による anti-Mu 検出
1.
2.
3.
4.
正荷電ミューオンの入射 (Muの形成)
Anti-Mu (m-e+) への変換
負ミューオン捕獲 (m-+184W → nm+184Ta)
184Ta の検出
 ビームから離れた場所で測定する
⇒バックグラウンドを避けられる
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
5
Mu → anti-Mu 実験
184Ta
1.
の検出
ベータ崩壊 (184Ta → 184W )
(t=8.7h, 1.17MeV)
8.7h
184Ta
2.
3.
同時ガンマ線放出
(t<10ns, 414keV)
b (max. 1.17MeV)
1.699MeV
8.3ms
遅延ガンマ線放出
(t=8.3ms)
1.285MeV
0.748MeV
921keV
0.364MeV
537keV 25%
0.111MeV
921keV 62%
0
1174keV
September 17, 2003
414keV
9%
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
184W
6
原理試験のための実験
負ミューオン捕獲実験

ミューポートでの照射


純タングステン・シートの標的


Pm-=60MeV/c
厚さ100mm×20枚
（16枚でほぼ全て止まる）
フラックスの算出

ポートでのm-崩壊時間スペクトラムより


ダミーのアルミ板
タングステン標的
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
7
原理試験のための実験
184Ta

ベータ崩壊



検出装置
2mmt プラスチックシンチレータの積層
隙間にタングステンフォイルを挿入
ガンマ線

g1
NaI(Tl)結晶 6本
eg2
5.5cm
17cm
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
8
結果
184Ta
測定 ： 同時光子
414keV
光電ピークのみ
採用
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
9
結果
184Ta
測定 ： 遅延光子
複数レベルの組み合わせ
•537+384+253+111
•921+253+111
•1174+111
921keV
537
1174
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
10
結果
184Ta
測定 ： 遅延光子時間
カットなし
Eg=921keV
光電ピーク
Eg=1174keV
Low Eg
光電ピーク
Eg=537keV
光電ピーク
Decay time:
8.3ms
どのエネルギーでも
コンシステント
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
11
結果
184Ta

測定 ： 捕獲レート
照射ミューオン数

4.2x106 m- stop in Tungsten sheets
 184Taからの信号に対する検出効率
 G(b)=60%
 G(g)=33%
 G(g,delay)=53%
 …

捕獲後に184Taとなる割合が求められる

0.03 ⇔ c.f. 0.107; PRD41,2709(1999)

検出効率の見積りに問題？？？
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
12
まとめ
まとめ

Mu → anti-Mu 変換実験の手法として
Activation法について検討した

m-+184Wにて生成される184Taの検出装置を試作し、
Activation法の原理試験を行った


b,g,delay gのシーケンスを正しく捕らえることに成功
検出器の効率の評価、バックグラウンド評価が
今後の課題
September 17, 2003
KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会
13