Transcript L - 東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 素粒子・核物理講座 原子核

12C標的を用いた
ハイパー核ガンマ線分光（１）
東北大学大学院理学研究科
物理学専攻原子核物理
白鳥 昂太郎
講演内容




2
E566実験の目的
セットアップ
Hyperball2の解析
まとめ
2006/3/30
日本物理学会春季大会＠松山
3
The E５６６ Collaboration

Tohoku Univ. :: H. Tamura, F. Futatsukawa, K. Hosomi,
M. Kawai, S. Kinoshita, T. Koike, Y. Ma, N. Maruyama,
M. Mimori, Y. Miura, Y. Miyagi, K. Shirotori, T. Suzuki, N.
Terada, K. Tsukada, M. Ukai

KEK :: K. Aoki, H. Fujioka, Y. Kakiguchi, T. Nagae,
Nakajima, H. Noumi, T. Takahashi, T.N.Takahashi

China Institute of Atomic Energy :: Y.Y.Fu, S.H.Zhou

Kyoto Univ. :: K. Imai, K. Miwa

Osaka Univ. :: S. Ajimura

RIKEN :: K. Tanida
2006/3/30
日本物理学会春季大会＠松山
D.
4
E５６６実験の目的
ーLN間有効相互作用の研究ー
V(r) = V0(r) + Vs(r) sN・sL + VN(r) lNL・sN
+ VL(r) lNL・sL + VT(r) S12
(コア核：p-shell、Λ：s-shell)
 Radial Integrals D、SN、SL、T を決定
D= 0.43 SN= -0.39 SL= -0.01 T= 0.03 [MeV]
But….
10
LB
基底状態二重項間の間隔
実験値 <100keV ⇔ 計算値 195keV
0.53D+1.44SL-1.72T
1/2-
・パラメータの相違
・ΛΣ coupling
12
L
Cから情報を得る
01-
0.58D+1.41SL-1.07T
3/29B
210
LB
1-
3/2-
2-
11C
12
2006/3/30
日本物理学会春季大会＠松山
1LC
5
E５６６実験の目的
ーLN間有効相互作用の研究ー
V(r) = V0(r) + Vs(r) sN・sL + VN(r) lNL・sN
+ VL(r) lNL・sL + VT(r) S12
(コア核：p-shell、Λ：s-shell)
N
N
L
 Radial Integrals D、SN、SL、T を決定
D= 0.43 SN= -0.39 SL= -0.01 T= 0.03 [MeV]
p
But….
L
N
10
LB
基底状態二重項間の間隔
実験値 <100keV ⇔ 計算値 195keV
S p
N
0.53D+1.44S
0.53D+1.44S
C
L-1.72T
L-1.72T+ΛΣ
1/2-
・パラメータの相違
・ΛΣ coupling
12
L
Cから情報を得る
01-
0.58D+1.41S
0.58D+1.41S
L-1.07T+ΛΣ
L-1.07TB
3/29B
210
LB
1-
3/2-
2-
11C
12
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1LC
6
E５６６実験の概要
目的 :
12Cと11Bのγ線観測
L
L
π++12C → 12LC + K+
11
LB + p
予想レベル図
11C+Λ
3/2+
1/2+
2+
2+
7/2+
5/2+
11B
L





KEK-PS K6 ビームライン
SKS、Hyperball2
π＋ビーム
Total 1.3×1012個
ポリエチレン（CH2） 標的
2005.9~10(640時間)
2006/3/30
2+
0+
日本物理学会春季大会＠松山
11B+p
L
11 MeV
12320
1- 2.6 MeV
12C
L
21-
0 MeV
7
E５６６実験の概要
目的 :
12Cと11Bのγ線観測
L
L
π++12C → 12LC + K+
11
LB + p
予想レベル図
11C+Λ
3/2+
1/2+
2+
0+
2+
2+
7/2+
5/2+
11B
L
11B+p
L
11 MeV
12320
1- 2.6 MeV
H. Hotchi et al
Phys.Rev.C64(2001)
044302
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12C
L
21-
0 MeV
8
E５６６実験の概要
目的 :
12Cと11Bのγ線観測
L
L
π++12C → 12LC + K+
11
LB + p
予想レベル図
11C+Λ
3/2+
1/2+
2+
0+
2+
2+
7/2+
5/2+
11B
L
11B+p
L
11 MeV
12320
1- 2.6 MeV
H. Hotchi et al
Phys.Rev.C64(2001)
044302
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12C
L
21-
0 MeV
9
セットアップ
•
•
•
K6 ビームスペクトロメータ
SKS
Hyperball2
K+
Setup for
E566
K+ 0.72 GeV/c
Hyperball2
12C
p+
π+ 1.05 GeV/c
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target
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セットアップ
ビームスペクトロメータ
・BH1,2・・・Time-of-flight
・GC ・・・e+の除去(n=1.00245)
SKS
・TOF・・・Time-of-flight
・AC ・・・π+の除去(n=1.06)
・LC ・・・陽子の除去(n=1.49)
Setup for
E566
K+ 0.72 GeV/c
Hyperball2
12C
DC・・・ビームの位置検出
標的 : CH2
密度 0.93 g/cm3
厚さ 20 cm
→18.6g/cm2
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π+ 1.05 GeV/c
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target
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Hyperball２
（個別型ゲルマニウム検出器＋BGOカウンター）×１４
＋
（クローバー型ゲルマニウム検出器＋BGOカウンター）×６
横から見た図
Ge
7cm
Ge
BGO
下から見た図
f7cm
個別型Ge
相対検出効率
(3”f×3”NaIとの比)
60%
3.5cm
Clover型Ge
(Add-back)
120%
p+
高計数率用回路
→ハイパー核γ線分光が可能
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K+
12
Hyperball２
（個別型ゲルマニウム検出器＋BGOカウンター）×１４
＋
（クローバー型ゲルマニウム検出器＋BGOカウンター）×６
横から見た図
Ge
7cm
K+
Ge
BGO
下から見た図
f7cm
個別型Ge
相対検出効率
(3”f×3”NaIとの比)
60%
3.5cm
Clover型Ge
(Add-back)
120%
120%
高計数率用回路
→ハイパー核γ線分光が可能
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p+
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解析

スペクトロメータを用いたハイパー核生成反応の解析


(π+, K+)反応が起こった事象を選別
12
LCの質量を解析
ハイパー核生成事象の選択

Hyperball2を用いたγ線の解析



エネルギー較正
クローバー型ゲルマニウム検出器の信号足し合わせ
BGOを用いたバックグラウンド軽減
γ線スペクトルの観測
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エネルギー較正
線源によるエネルギー較正
・最大1500 keV程度
＋
高いエネルギー領域
・ビームによって作られた
長寿命の通常核の励起状態からのガンマ線
エネルギー較正に用いた四次曲線
24Na lifetime=15h
24Mg
b-
16O(SE)
24Mg
16O(DE)
152Eu
e+e-
16N lifetime=7s
b16O
16O
16O(SE)
16O(DE)
ビームoffでのエネルギースペクトル
2006/3/30
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エネルギー較正
線源によるエネルギー較正
・最大1500 keV程度
四次曲線
＋
高いエネルギー領域
・ビームによって作られた
長寿命の通常核の励起状態からのガンマ線
24Na lifetime=15h
24Mg
b-
16N lifetime=7s
b16O
16O(SE)
16O(DE)
三次曲線
ビームoffでのエネルギースペクトル
2006/3/30
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エネルギー較正
線源によるエネルギー較正
・最大1500 keV程度
＋
高いエネルギー領域
・ビームによって作られた
長寿命の通常核の励起状態からのガンマ線
エネルギー較正→各Ge検出器の信号を足し合わせる
Clover検出器ではCompton事象を足すことで
検出効率 1.5倍 (1.33 MeV γ線)
Clover Sum
e-
g-ray
黒 : 足し合わせ前
赤 : 足し合わせ後
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Hyperball2の検出効率



Total photo-peak efficiency
60
Co, 152Eu線源で測定
Geant4を用いた
シミュレーション
赤線: シミュレーションから得た
efficiency カーブ
× : 線源を上流、中心、下流に
置いたefficiencyの平均
Total photo-peak efficiency
5.3 % at 1.33 MeV
>Hyperball 2.5%

(ビームoff 時)
ビームオン、オフでの相対検出効率→60Co線源で測定
beam on/beam off = 0.54
Dead Time 46％
2006/3/30
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Hyperball2の検出効率



Total photo-peak efficiency
60
Co, 152Eu線源で測定
Geant4を用いた
シミュレーション
黒: 線源を中心に置いたとき
赤: 上流、中心、下流の平均
×： 線源を中心に置いたとき
のデータ点
×: 上流、中心、下流の
データの平均
Total photo-peak efficiency
5.3 % at 1.33 MeV
>Hyperball 2.5%

(ビームoff 時)
ビームオン、オフでの相対検出効率→60Co線源で測定
beam on/beam off = 0.54
Dead Time 46％
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BGOとの反同時計測
・コンプトン事象
・p0崩壊による高エネルギーγ線
・高エネルギー荷電粒子の突き抜け
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g g
p+
p0
ハイパー核
g
Ge
ee+ g
BGO
バックグラウンドの低減
γ線スペクトル
黒: BGOサプレッション前
赤: BGOサプレッション後
p+トリガー
BGO TDCの１００nsの範囲を選択
1
5 バックグラウンド
BGO TDCスペクトル
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Over kill 25% (10B 718keV、ターゲット起因)
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Summary




KEK-PS、E５６６実験において12C(π+, K+) 反応で
12 C, 11 Bのγ線を測定
Λ
Λ
ΛN間有効相互作用についての情報を得ることが目
的
Hyperball２の絶対検出効率は５.３％(Beam off時)で
あり、Dead timeやBGOの性能も含め、ほぼ期待通り
のパフォーマンスを示した
パート(2)で実験結果を発表する
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予備
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LN 間有効相互作用
LN間有効相互作用 コア核：p-shell、L：s-shell
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SN
スピン-軌道結合力
テンソル力
V(r) = V0(r) + Vs(r) sN・sL + VN(r) lNL・sN
中心力 スピン-スピン結合力
+ VL(r) lNL・sL + VT(r) S12
D
核子－L 間平均距離での大きさを表すパラメータ
SL
D   fL* N (r )Vs (r )fLN (r )r 2 dr
これまでのHyperballグループによる
実験で得られたパラメータ
D= 0.43
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SN= -0.39
SL= -0.01 T= 0.03 [MeV]
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T
Present status
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SΛ
SN
D
1.44D-0.27T
PLB 579 (2004) 258
T
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0.58D+1.41SL-1.07T
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10B
L
基底状態二重項間の間隔
Hyperballを用いた実験値 E(2-) － E(1-) < 100keV
パラメータを用いた計算 E(2-) － E(1-) = 195 keV
shell model calc. (Millener)
LSカップリングによる３相互作用
2-
w/o
195
3/29B
1-
w/o
180
10
LB
233
LC
LSカップリングの効果がもっと大きい？
2006/3/30
2-
176
12
L
N
with LS coupling effect
1-
11C
12Cから情報を得る
L
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p
S
3/2-
N
p
N
L
N
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核内でのバリオンの性質変化
spin-flip M1遷移確率 B(M1)
L粒子の核内での g 因子
B(M1)=(2Jup+1)-1|<f low | m | fup>|2
=(2Jup+1)-1|<f low | gcoreJ+gLJL|f up>|2
=0.21(2Jlow+1)(2Jcore+1)-1(gcore-gL)2
1/t = 1.76×1013・B(M1)・Eg3
12
7/2+
10B
5/2+
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LB
LC*
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エネルギー較正
線源によるエネルギー校正
→最大1500 keV程度
高いエネルギー領域
→(n,n')反応による通常核の
励起状態からのガンマ線
7s
16N
(p,n)
6128 keV
16O
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線源
ガンマ線のエネルギー(keV)
152Eu
121.78
152Eu
244.70
152Eu
344.28
e+e-
511.0
152Eu
778.90
152Eu
964.06
152Eu
1085.84
152Eu
1112.09
152Eu
1408.01
24Mg
2754.03
16O
5101.63
16O
5617.63
16O
6128.63
ゲインシフト：実験初期/実験後期
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黒：実験初期
赤：実験後期（黒の２９日後）
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ゲインシフト：ビームオン/オフ
黒：ビームオン
赤：ビームオフ
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TDCによるタイミングカット
BH2：データを取り始めるタイミングを決定(TDC start)
Ge：γ線を捉えた時に信号を出す(TDC stop)
p+ビームと同期した信号だけを選択
γ線のエネルギーによって
時間分解能が異なる
Egによってカット幅を変更
1MeV 時間分解能 15 ns
ゲート幅
75 ns
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BH2
p+
Ge
K+
Target
TDCによるカット
γ線のエネルギーによって
時間分解能が違う
ADCによる関数を用いたカット
TDC=p0・exp(p1・ADC)+p2+p3・ADC
ガンマ線のエネルギー
時間分解能
時間ゲートの幅
200 keV
150 ns
200 ns
500 keV
60 ns
125 ns
1000 keV
15 ns
75 ns
2000 keV
10 ns
50 ns
3000 keV
7 ns
45 ns
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BGOとの反同時計数

BGO TDCの範囲を100 nsと設定
BGO TDCスペクトル
サプレッションファクターで評価
Sfactor=
Nbefore
Nafter
γ線スペクトル
黒: BGOサプレッション前
赤: BGOサプレッション後
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