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フェルミ研 SeaQuest 実験のコミッ ショニング結果と今後の実験計画 澤田真也、小畑滋希、後藤雄二、 Florian Sanftl、柴田利明、永井慧、 中野健一、宮坂翔、宮地義之、 他 SeaQuest Collaboration JPS Fall Meeting at Kochi, Sep. 22, 2013 2013/9/22 1 目次 • • • • SeaQuest 実験の物理 SeaQuest 検出器 コミッショニング ランとその結果 物理ランの計画 2013/9/22 2 1. 陽子内の sea quark の フレーバー非対称度 • • 陽子内の sea quark、特に𝑑 𝑥 , 𝑢 𝑥 の研究 Gluon splitting 𝑢 𝑑 𝑢 𝑑 Drell-Yan 過程 • Naïve assumption 陽子中の存在量 𝑑 𝑥 = 𝑢 𝑥 • NMC (Muon deep inelastic scattering ,1991, CERN) • [𝑑 𝑥 − 𝑢(𝑥)] 𝑑𝑥 > 0 0 E866/NuSea実験 (Drell-Yan, Fermilab) 1 𝑑 𝑥 𝑢 𝑥 for 0.015 ≤ 𝑥 ≤ 0.35 （フレーバー非対称度） 𝑑 𝑥 𝑢 𝑥 ≃ 1.7 @Bjorken 𝑥 ≃ 0.2 𝑑 𝑥 𝑢 𝑥 < 1?? @Bjorken 𝑥 ≃ 0.3 ~70% asymmetry 𝑑(𝑥) 𝑢(𝑥) 𝑥 E866実験の結果とCTEQ による予想 2013/9/22 3 2. フレーバー非対称度の起源 • パートンレベルでは – パウリの排他律 • 陽子は ( u, u, d ) で構成されているため、g → uuよりも g → ddの方が生成されやすい。 • この効果による非対称度は1% 程度 • 中間子・バリオンレベルでは 𝑑(𝑥) 𝑢(𝑥) – Meson-cloud model • 𝑝 = 1 − 𝑎 − 𝑏 𝑝0 + 𝑎 N𝜋 + b Δ𝜋 + ⋯ difference • 𝐮 → 𝐮 + 𝐝 + 𝐝 → 𝝅+ + 𝐝 (確率が高い) • d → d + u + u → 𝜋− + u 𝑑 𝑥 𝑢 𝑥 < 1 or 𝑑 𝑥 𝑢 𝑥 > 1????? @Bjorken 𝑥 ≃ 0.3 𝑥 SeaQuest: 𝒅 𝒙 𝒖 𝒙 𝐟𝐨𝐫 𝟎. 𝟏 ≤ 𝒙 ≤ 𝟎. 𝟒𝟓 2013/9/22 4 3. SeaQuest 実験 • E906/SeaQuest 実験 (Drell-Yan) • 𝑑 𝑥 𝑢 𝑥 for 0.1 ≤ 𝑥 ≤ 0.45 Drell-Yan 過程の断面積 𝑑2𝜎 4𝜋𝛼 2 1 = 𝑑𝑥𝑡 𝑑𝑥𝑏 9𝑥1 𝑥2 𝑠 𝑞𝑡 𝑥𝑡 𝑞𝑏 𝑥𝑏 + 𝑞𝑏 𝑥𝑏 𝑞𝑡 𝑥𝑡 ターゲット陽子中の anti-sea quark へアクセス Beam Energy: 120 GeV (SeaQuest) 800 GeV (E866/NuSea) • 𝑑(𝑥) 𝑢(𝑥) 前方測定のた め 断面積 : x7 ルミノシティ : x7 統計量 : x50 𝑥 SeaQuest の実験精度の予想 非対称度の求め方 1 2 Drell-Yan 過程 2013/9/22 5 SeaQuest/E906での統計の改善 • 青バンド：CTEQ6 • 赤点：CTEQ6の中心値 からSeaQuestでの統計 エラーを加味してラン ダムに振った値 • オレンジバンド：E866 の点と赤点を使って CTEQ6の方法で再 フィット 2013/9/22 6 Boer-Mulders関数の測定精度予測 2013/9/22 7 4. SeaQuest スペクトロメータ Drawing: T. O’Connor and K. Bailey • 日本グループはStation 3 の検出器の製作と運転を担当している • Station 3 には St.3+ DC と St.3- DCがある。 • トラッキングディテクターグループで中心となり働いている 2013/9/22 8 5. Commissioning run • 2012年2月20日～ 2012年4月30日 – 120 GeV/c 陽子ビーム, 19 ns インターバル(53 MHz) – Beam 強度: 𝟏. 𝟎 × 𝟏𝟎𝟏𝟐 p/p, 5 s spill at 1 minute interval – Target: H2, Empty Flask, D2, Fe, C, W 正常に動作 • • • 2013年10月から2年間の物理ランを始める Beam 強度: 𝟏. 𝟎 × 𝟏𝟎𝟏𝟑 p/p, 5 s spill at 1 minute interval 2年間で約 𝟏. 𝟎 × 𝟏𝟎𝟏𝟗 個の陽子を得る ミューオン対の飛跡の例 2013/9/22 9 コミッショニングランの結果 ～検出器等の課題と対策～ サブシステム ビーム トリガー ホドスコープ ワイヤー チェンバー 課題 対策 状況 バンチ強度の 不安定性 ビーム引出電磁石のフィード バック制御 加速器グループが 作業中 高強度バンチの trigger veto プロトタイプテスト High mass での 検出効率の理解 FPGA logic の改良、MC による geometry 確認 ハード、ソフトとも に作業中 検出効率の低下 @ 高レート時の St. 1 PMT base の大容量化 完了 検出効率と位置 分解能の評価 物理ランに向けた HV 調整 ほぼ要求値通り。 微調整を行なう St. 1 のレート耐性と 検出面積 新 St. 1 の製作 Colorado Univ. にて 製作中 St. 3+ のクロストーク HV & 読出回路の改良 2013/9/22 完了。宇宙線デー タで改善を確認 10 コミッショニングランの結果 ～J/ψ 再構成による測定テスト～ • ２種の独立な再構成アルゴリズムによるクロスチェック • ヒット数の多過ぎるイベント (cf: バンチ強度の不安定性) は 解析から除外 課題 結果 J/ψ ピーク幅 = 質量分解能 ΔM ~ 0.3 GeV/c2 … ほぼ要求値 Z-vertex 分布 = Target-vs-dump separation High mass での統計量が少ない為に評価が難しい。 Low mass での MC との比較を行なっている 再構成効率 ヒット数の少ないイベントではほぼ100%。 ヒット数の (想定より) 多いイベントを解析すべく、 トラック再構成アルゴリズムを改良中 2013/9/22 11 Dimuon mass distribution • J/psi の再構成に成功 • 質量分解能 @ J/psi ~ 0.3 GeV/c2 … ほぼ要求値 • ヒット数の少ないイベントのみを解析した。トラック再構成アルゴリズムを 改良中 2013/9/22 12 物理ランの計画 • Main Injector がアップグレードされた • 現在は引出ビームラインを整備中 • 本年10月下旬に SeaQuest 実験へ最初の ビームが届く • 2年間のデータ収集 2013/9/22 13 8. まとめ • SeaQuest実験はドレル・ヤン過程を使って陽子内の 𝑑 𝑥 𝑢 𝑥 をブヨルケン 𝑥 が0.1 ≤ 𝑥 ≤ 0.45 の範囲で測定する • 2012年春に２ヶ月間の commissioning run に成功した • ステーション３の下半分のドリフトチェンバーを新規インストールしてコミッ ショニング中 • 検出器等の改良は多くが完了した • Commissioning Runの解析が進んだ – J/Psiピークの確認と質量分解能の評価→目標値を達成 – ターゲット付近のz vertex分解能を評価中 • 2013年10月末から物理ランを開始する 2013/9/22 14 BACKUP 2013/9/22 15 6. ビームラインのコミッショニング結果と予定 Commissioning run • Trigger & DAQ – 強度不安定なビームによる 大量のヒットを持つ “splat event” – そのようなイベントを除外するトリガーロ ジックを開発 – 現在加速器のアップグレードが行われて いる（電源安定等） ビーム強度 vs 時間 (ms) 物理ランに向けて • ２つのビームラインモニター – アンサーモニター （山田財団） – チェレンコフカウンター （科研費？） • • • ビームステータスを加速器メインコントロール ルームへ即座に送ることが可能 DAQ システムの veto 信号を作ることが出来る ルミノシティの正確な決定が可能になる 周波数領域 (Hz) 2013/9/22 16 7. 検出器のコミッショニング結果と予定 Commissioning run • 検出器 (Hodoscope, Drift chamber, Drift Tube) – ノイズ除去、ホットチャンネルの問題は 早急に解決した。 – 安定して稼働した。 – トラッキング等の解析が進行中 物理ランに向けて • ステーション３－のDCのワイヤーは全て自 分たちの手で張った ステーション１及び３－（下半分）のドリフトチェ ンバーのアップグレードが進行中 – 新しいステーション１のドリフトチェンバーは大き なブヨルケン x に対してのアクセプタンスを広げ 𝑦 る – ステーション３－のドリフトチェンバーの現状に ついては、26aHC-9:永井慧 によって詳しく発表 された • 5% の統計量増加が予想される 𝑥 • 5月に準備完了 + ステーション３での𝜇 のヒット分布（MCシミュレーション） 2013/9/22 17 • イベント例 … J/psi 2013/9/22 18 • イベント例 … high-mass D-Y (6 GeV/c2) 2013/9/22 19