Transcript ppt - 東京工業大学

HERMESのリングイメージング
チェレンコフ検出器によるK中間子測定
大須賀弘, 田中秀和, 宮地義之, S. Bernreuther,
米山茂信, 柴田利明, 他HERMES Collaboration
東京工業大学
柴田研究室
02/03/25
日本物理学会
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内容
・ はじめに
・ ＨＥＲＭＥＳ実験
・ リングイメージングチェレンコフ（RICH)検出器
・ Spin Asymmetryの結果
・ まとめ
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はじめに
核子のスピン構造
Sz
< sz > = 1/2 = 1/2ΔΣ +ΔG+Lq+LG
ΔΣ = Δu+Δu+Δd+Δd+Δs+Δs
・ World data：
ΔΣ ～ 0.2 ~ 0.3
gluon
quark
(u,d,s)
クォーク・フレーバー毎の寄与（ Δu(x),Δu(x),
Δd(x),Δd(x),Δs(x),Δs(x))
ハドロン生成の spin asymmetry の測定
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ＨＥＲＭＥＳ実験
27.5 GeV 偏極陽電子ビーム
偏極度 ~ 55 %
Cherenkov
偏極標的ガス
3He (1995) ,H (1996,1997),
D (1998～2000)
標的Dの偏極度 ~ 90%
Particle Identification
lepton-hadron separation
Preshower/Calorimeter/TRD
hadron identification
Ring Imaging Cherenkov Counter
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リングイメージングチェレンコフ検出器
外観図
RICHの
内部構造
PMTs plane
Photons
C4F10
二重発光体
C4F10ガス n=1.0014
エアロジェル n=1.0303
反射鏡
60×40cm2
8枚
光検出器
Aluminium
Mirror
Aerogel Tiles
3/4インチの光電子増倍管(1934個)
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RICHによる粒子識別
RICH：チェレンコフ放射角度か
ら速度測定(v)：
速さ v
発光体の屈折率 n
磁気スペクトロメータ：
運動量測定(p)：
放射角θと運動量の関係
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Spin Asymmetryの導出
実験における spin asymmetry








1
1
N /L N /L
A1 

  


1   pB pT  D
N  / L  N  / L
pB : ビームの偏極度
pT : 標的の偏極度
<D>：
仮想光子への偏極移行度


L , L : ルミノシティ
spin asymmetry は x-bin 毎に計算する
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Spin Asymmetry の結果
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Spin Asymmetryの結果
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RICHによる粒子識別の評価
RICHで100%正しく識別することはできない
チェレンコフ光発生の識別にもとづいたシミュレーション
による識別能力の評価
Identified hadrons

I  ( I , I K , I p )


I MC  P・N MC


1
N exp  P ・I exp
True hadrons

N  ( N , N K , N p )
Identified hadrons と True hadrons を結びつける行列：
P matrix : 粒子識別の制度を反映している量
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Corrected Spin Asymmetryの結果
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Summary
•HERMESは世界で初めて２重発光体のRICHを用い、
π中間子のみならずK中間子の識別をも可能にした。
•K+ spin asymmetry は全体的に正の値を示したが、
K- spin asymmetry はx の小さい
領域でほとんど0であることが示された。
Outlook
•補正した spin asymmetry を用いて、核子スピン
に対するクォーク・フレーバー毎の寄与（ Δu(x),Δu(x),
Δd(x),Δd(x),Δs(x),Δs(x)) を求める。
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Spin Asymmetryの結果
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ＨＥＲＭＥＳ実験
HERMES
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Outlook
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リングイメージングチェレンコフ検出器
エアロジェル発光体の外観
・タイル 5×17列×5層 からなる発光体
RICHの全体写真
エアロジェル発光体をインストールする直前
反射鏡に光電子倍増管が映っているのが見える
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ＨＥＲＭＥＳ実験
PRESHOWER (H2)
TRD
RICH
CALORIMETER
Acceptance :
Vertical: 40
Horizontal :
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 |  y |  140
| x |

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170
mrad
mrad
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ＨＥＲＭＥＳ実験
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Corrected Spin Asymmetryの結果
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偏極深非弾性散乱
k'  (E' , k' )
lepton
k  (E, k )
nucleon
θ 
Q 2  q 2  4EE' sin 2   ,
2 
θ
γ
P  (M, 0 )
Inclusive
q  (ν, q )
fragmentation
hadronization
Q2
x
2Mν
Semi-inclusive
E
hadron
z h
ν
p  (E h , p h )
Semi-inclusive 測定
散乱されたレプトンと生成ハドロンを同時検出する
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Spin Asymmetry
qf+(x)
virtual photon
e
Sγ+SN=1/2
σ1/2
Beam spin
Target spin
virtual photon
qf-(x)
Sγ+SN=3/2
σ3/2
e
Beam spin
Target spin
Inclusive/Hadron Spin Asymmetry A1
σ1/2 σ3/2
2
A 1 (x, Q ) 

σ1/2 σ3/2
e/h
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N e/h  N e/h
N e/h  N e/h
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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DIS event 数の積算量
各年の積算した DIS event 数の変化
1998年のデータのみ（米山）に比
べて、1998年から2000年までの全
データ（大須賀）は約7倍の統計量
統計誤差が大幅に減った。
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IRT method
PMT の hit pattern からチェレンコフ角を決定する
Emission point : 発光体の中心と近似する
Sを決定する
ための条件
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• 4点(C,D,S,E)は同一平面上にある
• 点Sは mirror 上にある
• 入射角=反射角
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粒子識別のアルゴリズム
粒子をπ,K,pに仮定し、それぞれについて確率評価する
Likelihood の計算
hit した PMT の位置をもとに
チェレンコフ角θiを計算する
平均した放射角<θ>,広がりσ
実験データ
3.1 GeV
pion
 (    th ) 2 
L(  )  exp 

2 2


粒子をπ,K,pに仮定し、
それぞれについてLを計算し、
Lが最大の粒子を選ぶ
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4.5 GeV
electron
Ring from
aerogel
Ring from
gas
1934
PMTs
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Spin Asymmetryの結果
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Corrected Spin Asymmetryの結果
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MCによる P matrix の決定
Anm
identified particle type
true particle type
True particle type
π
K
p
Identified as
True particle type “n” をRICHが“m”と
識別したときの物理量A
P matrix の定義
 P
 K
P  P( , K , p )   P
 p
 P
PK
PKK
PKp
Pp 

K
Pp ,

Ppp 
N it
P 
 N tj
j
たとえば
PpK 
K 15195 55163 15818
p
6012
5185 75641
MCにより決定した粒子の yield
(2~15 GeV/c の全運動量領域)
P matrix の要素の定義
i
t
π 542227 7118 20485
N pK
N p  N pK  N pp

15818
 0.141
20458  15818  75641
これはRICHがpをKと identify する確率を表している
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Spin Asymmetryの結果（1998 vs 1998 ~2000)
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質問集
１．K+ spin asymmetry とK- spin asymmetryで有意な差が示されたのは物理的に
どう解釈できるのか。
A.
２．今回の解析で工夫したことは？
A. RICHにおける補正においてP-1を用いたこと。それは、数学上、
Q matrix と等価であり、
３．Inclusive spin Asymmetry が単調増加しているのは、どのように解釈すればいいか。
A.
４．運動量ｐはどうやって求められるか。
A. チェンバーによって飛跡を再構成することにより曲率半径を求めることができる。
曲率半径は磁場と運動量ｐに比例するので、既知の磁場、曲率半径より
運動量ｐを求めることができる。
５．系統的誤差をどのように見積もったか。
A. 系統的誤差として、標的の偏極度、ビームの偏極度、g2が0でないことからくる誤差、
光子吸収断面積の比Rからくる誤差を見積もった。
６．系統的誤差の主要な項は何か
A. １９９８年から２０００年の解析においては、標的の偏度であり、約５％である。（相対）
７．３年間の spin asymmetry をどのように求めたか。
A. spin asymmetry は各年毎に求め、それをマージした。３年間通して、production した結果
を用いてもよいが、系統的誤差のビームと標的の偏極度は、各年毎で違うため、
その方法だと系統的誤差を見積もるのがむつかしくなる。
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質問集
８．Spin asymmetry が断面積の差をその和で割ったものであるならば、１を超えないはず
だが、K- spin asymmetry が１を超えているのはなぜか。
A. 結論からいうと、 spin asymmetry (A1)は１を超えてかまわない。Spin asymmetry は
たんに断面積の差をその和で割ったものではなく、それに、偏極度や運動学的変数が
演算されているからである。
９．RICHでわざわざ反射鏡を使っているのはなぜか。
A.反射鏡を使わないと、PMT plane は粒子の飛跡上に置かれることになり、
それによって粒子の進行が妨げられるため。
１０．HERMES の acceptance の外にはずれた粒子の影響を spin asymmetry を計算すると
き見積もらなくていいのか。
A.ここに、spin asymmetry の利点がでてくる。Spin asymmetry は断面積の差をその和で
割ったものであるため、分母分子で acceptance の外にはずれた影響をキャンセルし
ているのである。
１１．πやKはRICHで検出される前に崩壊しないか。
A. ？
１２．エアロジェルは劣化しないか。
A. その可能性は否定できない。エアロジェル表面のアルコールが蒸発して
屈折率にどのような影響を与えるかを見積もることは今後の課題でもある。
１３．エアロジェル発光体は、なぜwall型にしなかったのか。
A. 推測になるが、１枚のエアロジェルをつくりそれをインストールすることがむつかしいことが
あげられる。また、タイルのエアロジェルでstudyされているが、エアロジェルの厚さは
均等ではなく、端の方が中心にくらべて少し厚くなっている。１枚のwall型エアロジェルを
つくると、その影響により efficiency がさがることが考えられる。
１４．Background をどのように除去しているのか。
A. レーリー散乱した光は波長が小さいため、エアロジェルのすぐ後ろにあるルーサイトによって吸収される。
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質問集
１５．RICHの性能をあらわす P matrix は粒子の運動量ｐの関数であることが予想されるが、
xの関数である spin asymmetry をどのように補正したのか。
A. spin asymmetry は最終的にはxの関数としてあらわしているが、その抽出に必要な
ハドロン数はｐの関数としてもあらわすことができる。まず、ｐの関数としてあらわした
ハドロン数をP-1 matrix によって補正し、その補正されたハドロン数を用いて
同じように spin asymmetry を求めるのである。
１６．反射鏡の反射率はどれくらいか？
A.５０～８０％程度。
１７．１event で光子はどれくらい検出されるか。
A.平均的に１１（エアロジェル）；１３（ガス）
１８．また、どれくらい発生していたのか。
A.
１９．発生した光子の数が検出される数まで減ったのは何が原因としてあげられるか。
A. エアロジェルの透過率や反射鏡の反射率などがあげられる。
２０．
A.
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