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KEK-PS E325実験における
ベクター中間子の質量に対する核物質効果の測定
京大理，高エ研A，理研B，東大CNSC，東大ICEPPD，東北大E，阪大F
佐久間史典，千葉順成A，延與秀人B，深尾祥紀，舟橋春彦，浜垣秀樹C，
家入正治A，石野雅也D，神田浩樹E，北口雅暁，三原智D，三輪浩司，
宮下卓也，村上哲也，武藤亮太郎B，名倉照直，成木恵，能町正治F，
小沢恭一郎C，佐々木修A，佐藤博紀，関本美智子A，田原司睦B，
田中万博A，外川学，山田悟，四日市悟B，吉村善郎
+ Cu ω→e e
•Physics motivation
•E325 Setup
•2002 data analysis
with full detector sim.
with model calc.
φ→e+e-
•summary
e+e- invariant mass
JPS 2004/03/27
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Physics Motivation
クォークの質量獲得メカニズム
カイラル対称性の回復
裸の質量
mu≒md≒5MeV/c2
ms≒150MeV/c2
QCD真空中での有効質量
mu≒md≒300MeV/c2
ms≒500MeV/c2
カイラル対称性の破れ
どのようにして検証するか?
QGPのような高温高密度の下でのカイ
ラル対称性の回復 ・・・ RHIC,LHC,etc.
原子核中のような有限密度下にお
けるカイラル対称性の部分的回復
ベクターメソンを用いた
不変質量分布の変化の測定
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Vector Meson
mass
predictions of vector meson
modification in medium
Brown,Rho(1991), Hatsuda,Lee(1992),
Klingle,Keiser,Weise(1997),etc.
2xMq+(small interaction term)
クォークの有効質量の変化をとらえやすい
Di-electron decay
Final state interaction の影響を
あまり受けない
ρ/ω
真空中に比べて通常原子核密度内での
質量変化は
～150MeV/c2
φ
・・・しかし、ρ/ωの区別は難しい &
ρの幅は広くて分かりにくい
真空中に比べて通常原子核密度内での
質量変化は
～20-40MeV/c2
ρ0::normal nuclear density
T.Hatsuda,S.H.Lee,Phys.Rev.C46,R34 (1992).
～4.3MeV/c2の狭い崩壊幅
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⇒mass spectrum の変化に敏感
ρ/ω expected Shape
In vacuum
C
nuclear density: Woods-Saxon
mass shape: Breit-Wigner
+ mass modification.
(m*/m=1-0.16ρ/ρ0)
generate : 原子核前半球
I.
JAMより得たmomentumで飛
ばし、寿命に従ってe+e-に
decayさせる
decay pointの密度により
massを求める
II.
e
p
Cu
inside
decay
outside
decay
e
e
ρ/ω
outside decay
p
ρ/ω
e
inside decay
Pb
*detector effectは含まない
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KEK-PS E325
Related Experiments
invariant mass
Measurements
12GeV p+A→ρ,ω,φ+X
e+e-,K+K- invariant mass
核内で崩壊する～2GeV/cの
遅いベクターメソンを測定する
Beam
Primary proton beam
(~109/spill/1.8s)を用いる
Target
γconversionを減らすために
薄いターゲットを用いる
(0.4% radiation length &
0.2% interaction length @C)
• CERES@CERN
– 158A GeV Pb – Au collisions
– e+e- spectrum modification
• RHIC@BNL
– 200A GeV Au – Au collisions
– e+e-,K+K- channels
• TAGX@INS
– A(γπ+π-)X ; A=2H, 3He, 12C
– ρ→π+π- spectrum modification
bound state
• Deeply bound pionic atom@GSI
– Sn(d,3He)
– πN interaction in pion-nucleus
potential
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Setup
Hodoscope
Forward LG Calorimeter
Aerogel Cherenkov
Rear LG Calorimeter
Forward TOF
Side LG Calorimeter
Barrel Drift Chamber
B
Cylindrical DC
Rear Gas Cherenkov
Vertex DC
Front Gas Cherenkov
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Observed e+e- invariant mass spectra
2002 run data
(~70% of total data)
ω→e+e-
C
φ→e+e-
Fitting with known sources
Hadronic source of e+e•ρ/ω/φ→e+e-,ω→π0e+e-,
η→γe+e•Breit-Wigner shape
(no modification)
•Detector simulation by Geant4
(energy loss, acceptance, etc.)
Background
•combinatorial background
obtained by mixed events
Relative abundance of mesons
and background
•determined by fitting
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Detector Simulation by Geant4
ω→e+eradiative
tail
tracking region の物質を全て再現
•chamber wire も1本1本全て入っている ~20,000本
考えているPhysics
•Energy loss (Ionization, Bremsstrahlung)
•Multiple Scattering
acceptance の再現
chamber resolution, efficiency の再現
BreitWigner
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Detector Simulation Study
Ks→π+π-
ω→e+e-
φ→e+e-
resolution
data:9.2±0.4(stat.)
±0.4(sys.)
MC :5.9±0.1(stat.)
±0.3(sys.)
C
peakの左側合わない!
C
resolution
data:3.5±0.2(stat.)
±0.1(sys.)
MC :3.1±0.1(stat.)
±0.1(sys.)
resolution
data:8.8±1.3(stat.)
±1.4(sys.)
MC :7.5±0.2(stat.)
±0.2(sys.)
dataを再現する
いずれもpeakの右側は良く合うが、左側は…
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Fitting results
C
Cu
excess
excess
ωのpeakの左側に既知のhadronic sourceからは
説明不可能なexcessが見られる
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Fitting results ( background subtracted )
C
Cu
r / w ratio is consistent with zero
0.0A0.01(stat.)A0.2(sys.)
0.0A0.05(stat.)A0.5(sys.)
Excess は modified ρ(ω) mesons によるものと理解できる
JPS 2004/03/27
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Model Calculation
m*/m=1-0.16r/r0
•generate : 原子核前半球表面
•mass shape : Breit-Wigner + mass modification.
•ρ/ω ratio = 1 [過去の実験(pp)より]
•decay width は変えていない
C
Cu
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summary
KEK-PS E325実験は12GeV/c2p+A=ρ,ω,φ+Xにおいて、e+e-,K+K-両
channelの測定を行う実験で、ベクターメソンに対する通常原子核密度内にお
ける核物質効果の測定を目的として行った。
Geant4を用いて詳細なDetector Simulationを行った。
(modificationしていない)Breit-Wigner shapeでfitした結果からは、ωのpeak
の左側に既知のhadronic sourceからは説明不可能なexcessが見られ、
ρ/ωratioは0にconsistentな結果となった。つまり、 modified ρ(ω) mesons
がexcessに寄与していると考えることが出来る。
vector meson modification の簡単なモデル計算は、観測されたmass
shapeをよく再現する。
φメソンの詳細な解析を進めている。
JPS 2004/03/27
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JPS 2004/03/27
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w Measured Kinematical Distribution
ycm(1.66)
JPS 2004/03/27
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Target @’02
material
Interaction
length
radiation
length
C
0.21%
0.4%
Cu
0.05%
0.6%
C,Cux4
0.41%
2.8%
comment
total
Vertex Distribution
Cu
C
Cu
Cu
Cu
beam
mm
JPS 2004/03/27
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History
φ→K+K
−
1997 June First Physics Run with K+K−
ω→e+e−
φ→e+e−
99
1998 May Already Published
95
12
(P.R.L.vol.86 22(2001) )
1999 July Hawaii JPS/QM2002/PANIC02
178
～700
～125
～350
～6500
2000 June Production Run with newly installed
Dec. Vertex Chamber & Lead Glass Calorimeter
DriftChamber preAmp Upgrade
2001 Nov. Production Run
2002 Feb. LAST Production Run
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～1300
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Trigger
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Electron ID
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Spectrometer Performance
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Mass Acceptance
acceptance
mass acceptance for ρ→e+e-
C target
invariant mass [GeV/c2]
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