Transcript 修論発表資料(ppt:8.6M) - 東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 素

電子線を用いた
高分解能Λハイパー核分光用
散乱電子スペクトロメータの研究
東北大学大学院理学研究科
物理学専攻
松村 彰彦
概要
電子線を用いたΛハイパー核分光
前回の実験の問題点と改良
Tilt法、Background study
散乱電子検出器の開発、ビームテスト
まとめ
電子線を用いたΛハイパー核分光
反応
入射ビーム 変換
(K-,π-)
(π+,K+)
(e,e’
K+)
運動量移行 スピン
断面積
2次ビーム
n→Λ
~100 MeV/c
spin-nonflip
~1 mb/sr
2次ビーム
n→Λ
~400 MeV/c
spin-nonflip
~10 μb/sr
~400
MeV/c
spin-flip
~100
spin-non- nb/sr
flip
1次ビーム
p→Λ
散乱粒子の角度分布
e’ 、K+共に前方ピーク
⇒可能な限り前方に散乱された粒子を測定
世界で最初の電子線を用いた
Λハイパー核分光実験E89-009
0度方向に散乱した
e’ 、K+を測定
(Enge、SOS
スペクトロメータ)
世界最高となる、
900 keV(FWHM)
のエネルギー分解能
E89-009の問題点と改善策
ハイパー核生成率
主に制動放射による多量の散乱電子側のバックグラ
ウンドのため、ターゲット厚、ビーム強度が制限
(それでも計数率200MHz; 12Cターゲット 22 mg/cm2 、
ビーム強度0.66μAの場合)
⇒散乱電子側は0度を避けて測定
エネルギー分解能
SOSが分解能を制限
⇒HKS(高分解能大立体角K中間子スペクトロメータ)
の導入
E01-011セットアップ
散乱電子側の実験条件
全体での目標エネルギー分解能
0.4 MeV(FWHM)
中心運動量
0.316 GeV/c
運動量アクセプタンス
±30 %
運動量分解能(δp/p)
4×10-4(FWHM)
飛跡測定用検出器
ドリフトチェンバー
ＴＯＦ測定及びトリガー用
検出器
プラスチックシンチレータ
散乱電子スペクトロメータ
(Engeスペクトロメータ)
Split-pole型
ハードウェア
スペクトロメータ
E89-009でも使用
運動量分解能
5×10-4(FWHM)
散乱電子側のバックグラウンド
制動放射 ＆ Ｍøｌｌｅｒ散乱
制動放射に付随する
電子
⇒0度方向にピーク
Ｍøｌｌｅｒ散乱
⇒散乱電子の運動量が
決まると散乱角も
一意的に決まる。
Tilt法
散乱電子はsplitter
magnetで水平方向に
分散
⇒ビーム分散に対して
垂直方向に傾ける
バックグラウンド電子
(制動放射 & Ｍøｌｌｅｒ散乱)
を避け、仮想光子に関
与した電子をできるだ
け多く検出する
パラメータの最適化
Tilt angle = 7.75°
Offset = 6 cm
⇒
FoMが良くなる
ターゲット厚5倍、
ビーム強度50倍
K+ arm側と合わせて
Yieldが50倍、
S/N比が10倍良くなる
GEANT3によるシミュレーション
目的
検出面での散乱電子の
現実的な計数率を調べ
る
• 周囲の物質(collimator、
Enge pole face等)
に当たった電子の振る舞い
• 高い運動量の電子の
振る舞い
シミュレーションの条件
Splitter及びEnge magnetの磁場
⇒有限要素法を用いた3次元磁場計算ソフト「TOSCA」
発生電子分布
⇒それぞれの物理プロセスの角度分布に
従うようにターゲットで発生、運動量0~1.8 GeV/c
物質
鉄⇒Enge pole、Splitter pole
鉛⇒検出器シールド用
タングステン合金⇒collimator
真空⇒virtual detector (detector plane含む)、その他の空間
初期運動量0~1.8 GeV/cの電子
検出面に到達する
電子の初期運動量は
0.2~0.5 GeV/c に集中
⇒
高い運動量の電子が
周辺の物質に当たって
エネルギーを失い、検出面
に到達する割合は
ほぼ0
Engeアクセプタンス
（0.186~0.470 GeV/c）の電子
検出面に到達した電子の数
物理プロセス
到達電子数/発生電子数
ハイパー核生成に関与した
電子
4.9×10-3(2.2×10-4)
Bremsstrahlung
2.1×10-5(2.2×10-7)
Møller scattering
2.6×10-5(1.3×10-6)
※括弧内の数値は周辺の物質に当たった電子を表す
※発生電子数⇒約107 events
検出面に到達する電子の約5%は周辺の物質に
当たってエネルギーを失っている
バックグラウンド発生源
主にEnge入口や
上poleに当たった
電子がエネルギーを
失い検出面に到達
する。
シミュレーションまとめ
検出面での電子の計数率
(0.186~0.470 GeV/c、ビーム強度30 μA、12Cターゲット100 mg/cm2 の場合)
物理プロセス
到達電子数/
Targetでの
検出面での計数率
発生電子数 発生率[GHz] [kHz]
ハイパー核生成に
4.9×10-3(2.2×10-4)
関与した電子
5.1×10-7
Bremsstrahlung
2.1×10-5(2.2×10-7)
7.2
Møller scattering
2.6×10-5(1.3×10-6)
1.0
2.5×10-3
(1.1×10-4)
150(1.6)
26(1.3)
※括弧内の数値は周辺の物質に当たった電子を表す
バックグラウンドとなる電子(制動放射 & Møller散乱)
の計数率はおよそ180kHz
(E89-009の散乱電子計数率～200MHz)
散乱電子検出器の開発
広い角度分布(0~40度)を持つ電子の
飛跡測定
⇒ハニカムセルドリフトチェンバー
目標分解能：200μm(位置、水平方向）
300μm(位置、鉛直方向）
1.5 mrad(角度)
TOF測定及びトリガー測定
⇒プラスチックシンチレータ
目標分解能：75 ps（σ;TOF分解能）
ハニカムセルドリフトチェンバーの仕様
10 layers (xx’,uu’,xx’,vv’,xx’)
uu’,vv’ ±30°
セルサイズ0.5 cm
Anode⇒W-Au plated 20 μmΦ
Cathode⇒Al-Au plated 80 μmΦ
Ar+C2H6 (50%,50%)
有効領域
100×12×32 cm3
ハニカムドリフトチェンバーの性能
各分解能
位置（水平;X)
86 μm
位置（鉛直;Y)
210 μm
角度（水平;X’)
0.7 mrad
角度（鉛直;Y’)
2.8 mrad
X
Y
⇒
中心運動量0.316 GeV/cの
電子に対して
4×10-4(FWHM)以下
の運動量分解能
X’
Y’
プラスチックシンチレータの仕様
プラスチックシンチレータ
⇒BC420
(4×12×1 cm3)
PMT
⇒Hamamatsu,
H6612
1 layer
⇒25 segments
ＴＯＦ分解能
～100 ps (σ)
for 1.2 GeV/c,π+
(単体:～70 ps (σ))
まとめ
散乱電子側のバックグラウンドを
減らすために、Tilt法を考案、採用
Tilt angle=7.75°,offset=6.0 cm
⇒ターゲット厚を5倍、ビーム強度を50倍にしても
バックグラウンド電子の計数率を
180kHz以下にまで軽減できる
散乱電子検出器の開発
⇒中心運動量0.316 GeV/cに対して
4×10-4(FWHM)以下の運動量分解能を
見込むことができる
ホドスコープの性能
TOF分解能
~99 ps(σ)
for 1.2 GeV/c,π+
ホドスコープ単体の分解能
~70 ps(σ)
初期パラメータ：Bremsstrahlung
初期パラメータ：Møller scattering
初期パラメータ:ハイパー核生成に
関与した電子
Tilt法のパラメータの最適化