Transcript JLab E05-115 - 東北大・原子核物理グループ

2009年 日本物理学会年次大会
第三世代(e,e'K+)ハイパー原子核分
光実験JLab E05-115の準備状況
東北大学 理学研究科
原子核物理研究室
後神利志
2009年
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(e,e’K+)反応の性質
運動量移行が大きい
(～400MeV/c)
• 深い束縛状態のハイパー核の測定
PをΛに変換
• (π+,K+)反応で生成されるハイパー核
の鏡像核
12 B
12 C ((π+,K+)反応)
Λ
Λ
• 中性子過剰ハイパー核
Spin-flip/nonflip 状態の生成
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JLab-Hall Cにおける(e,e’K+)ハイパー核
分光実験の特徴
良質の一次電子ビーム
• 高いエネルギー分解能
( ~400[keV](FWHM) )
E01-011
エネルギーの絶対較正
• 水素（陽子）標的を
用いてΛ、Σを生成
(Λ、Σを同時に観測)
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ジェファーソン研究所
~CEBAF~
我々の実験
1. 散乱電子とK+中間子の同時測定
2. 反応断面積~100[nb/sr]と小さい
3. 高いエネルギー分解能
加速器に対する要求
1. duty factor 高い(~100%)
2. ビーム強度が高い
3. エミッタンス・⊿E/Eが小さ
い、安定
Hall C
これらを提供する唯一の加速器
CEBAFの概略図
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• 第一世代実験E89-009(2000) : 12ΛB
構成 ・・・ Splitter + Enge+ SOS
既存のスペクトロメータで測定
(e,e’K+)反応を用いたハイパー核分光実験の有用性を証明
• 第二世代実験E01-011(2005) : 7ΛHe,12ΛB,28ΛAl
構成 ・・・ Splitter + Enge(tilt) + HKS
HKS＋散乱電子スペクトロメータの配置の工夫(tilt法)
ルミノシティ 200倍
測定技術を確立
e’側スペクトロメータの
singles rate
1/100
• 第三世代実験E05-115(2009) :
7 He,10 Be,12 B,40 K,52 V
Λ
Λ
Λ
Λ
Λ
構成 ・・・ new Splitter + HES(tilt) + HKS
Splitterも含めすべてこの実験専用のスペクトロメータ
軽～中重核の広い領域におけるハイパー核分光
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E05-115 Physics motivation
10B(e,e’K+)10 Be
He
,
Λ
Λ
• Neutron rich hypernuclei
• Charge symmetry breaking
• ΛN-ΣN coupling
40Ca(e,e’K+)40
Mean filed
Few body,Cluster
Shell model
質量数 A
7Li(e,e’K+)7
52Cr(e,e’K+)52 V
K,
Λ
Λ
• Binding energy of s-,p-,d-orbit, cross
section
• Single-particle potential
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第三世代実験E05-115のセットアップ
新設
Q1 Q2
HES(散乱電子)
HKS(K+中間子)
構成
Q-Q-D
Q-Q-D
中心運動量
0.844 [GeV/c]
1.2 [GeV/c]
運動量アクセプタンス
±0.15 [GeV/c]
±0.15 [GeV/c]
立体角
~7 [msr]
~10 [msr]
2.0×10-4
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2.0×10-4
D
⊿p/p
2009年
D New splitter
Q2 Q1
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E05-115の利点
• Tilt法
バックグラウンドとなる制動放射・メラー散乱
起因の電子の集中している超前方部分を避
ける
• ビームエネルギー1.8GeV2.344GeV
バックグラウンドとなる制動放射・メラー散乱
起因の電子がより前方に集中
• 大立体角(HES)
S/Nを改善 ＋ 収量増
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ハイパー核収量[count/hour]の比較
Target(100mg/cm2)
第二世代実験
E01-011
第三世代実験
E05-115
Configuration
HKS+Enge
+splitter
Tilt 法
HKS+HES
+new splitter
Tilt 法
Beam energy[GeV]
1.8
2.5
Beam current[μA]
24
30
7Li(15μA)
8.5
32
10B
9.6
44
12C
9.6
37
40Ca
-
11
52Cr
-
9
89Y
-
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4~5倍
断面積を100[nb/sr]と仮定した見積もり
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予想スペクトラム
入射ビームエネルギー
2.344 GeV
ビームカレント
30μA
ターゲット
52Cr
ターゲットの厚さ
100mg/cm2
時間
6日間(144h)
Cross section はBydzovsky・Motoba氏等の理
論計算から導出
52 Vの予想
Λ
スペクトラム
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HES Detector
e’ rate < 2MHz
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HES detector
EHODO EDC2 EDC1
layer2
layer1
e’
EDC1
第二世代
実験で使用
EDC2
第二世代実験における
HKS側のスペアチェンバー
EDC1
EHODO
第三世代実験で新たに設計したシン
チレーション検出器
TOF分解能 σ~130[ps]
Name
EDC1
Honeycomb :xx’,uu’,xx’,vv’,xx’
EDC2
Plane:xx’,uu’,vv’
EHODO layer1 組み立て後
EHODO1/EHODO2 300H×1170W×10T 29segments
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HKS Detector
Target Beam
intensity(μA)
π+ rate (kHz)
K+ rate (kHz)
p rate (kHz)
12C
13
0.16
21
50
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HKS detector
エアロジェルチェレンコフカウンター(AC)
[π+除去] n=1.05
第二世代実験で使用
水チェレンコフカウンター(WC)
[p除去] n=1.33
• wave length shifterの放射線によるダ
メージ
新箱開発(N.Taniya :28pSG-6)
ルサイトチェレンコフカウンター(LC)
[p除去・TOFカウンターのバックアップ]
n=1.48
第三世代実験で導入
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HKS detector
KDC
第二世代で使用したドリフトチェンバー
TOF1X / TOF2X
TOF分解能 σ~=70[ps]
TOF1Y
• シンチレータ間に隙間
ライトガイド再設計(シンチレータをジグザ
グに配置し、さらにオーバーラップを持
たせる)
組み立て完了
TOF１Y
TOF１X
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まとめ
E05-115(2009)
New Splitter + HKS + tilted HES
軽～中重核領域のハイパー核
の測定
7 He,10 Be, 12 B,40 K,52 V
Λ
Λ
Λ
Λ
Λ
各検出器
コミッショニング@JLab
8月の実験開始に向けて、インスト
レーション中
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Backup
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検出器の位置関係
HKS側
HES側
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HESのアクセプタンス
• Tilt法
バックグラウンドとなる制動放射・メラー散乱起因の電子の集中している超前方部分を避ける
• ビームエネルギー1.8GeV2.344GeV
バックグラウンドとなる制動放射・メラー散乱起因の電子がより前方に集中
• 大立体角(HES)
S/Nを改善 ＋ 収量増
E05-115
y’[mrad]
y’[mrad]
E01-011
赤・・virtual photon 起因
青・・メラー散乱起因
緑・・制動放射起因
ハイパー核の収量
4~5倍
x’[mrad]
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x’[mrad]
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EDC1
プラトー曲線
2009年
3月
2月
1月
12月
11月
2008年
10月
ワイヤーが
切れている
ことが発覚
修理（@ 林栄）
Jlabに到着。
しかし、Window が破
れている事が発覚
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HKS detector
• HKS側の主なバックグラ
ウンド
π+,p
K+
π
K+
p
AC
◎
×
×
WC
◎
◎
×
K+中間子トリガー
(TOF) & (WC) & veto(AC)
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第一世代実験E89-009（2000年）
• 構成
splitter+SOS+Enge
• 主なハイパー核
12 B
Λ
• エネルギー分解能
~750[keV](FWHM)
(当時最高)
(e,e‘K+)反応を用いたハイパー核
分光実験が可能
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第二世代実験E01-011(2005年)
• 構成
splitter+Enge+HKS
• 主なハイパー核
7 He,12 B,28 Al
Λ
Λ
Λ
• エネルギー分解能
~400[keV](FWHM)
HKS建設エネルギー分解能向上
Tilt法の導入S/Nを劇的に改善
技術の確立
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Singles rate
Target
Beam
intensity(μA)
e’ rate (kHz)
7Li
15
280
10B
30
480
12C
50
930
40Ca
30
1620
52Cr
30
1780
Rate of HES arm
Target Beam
intensity(μA)
π+ rate (kHz)
K+ rate (kHz)
p rate (kHz)
7
5.4
0.07
7.6
Rate of HKSLi arm15
10B
30
44
0.16
33
12C
50
13
0.16
21
40Ca
30
3.2
0.03
4.9
52Cr
30
9.7
0.08
13
Target(100mg/cm 第一世代実験
2)
E89-009
第二世代実験
E01-011
第三世代実験
E05-115
Configuration
SOS+Enge
+splitter
HKS+Enge
+splitter
Tilt 法
HKS+HES
+new splitter
Tilt 法
Beam
energy[GeV]
1.8
1.8
2.5
Beam current[μA]
0.66
24
30
7Li(15μA)
-
8.5
32
10B
-
9.6
44
12C
0.5
9.6
37
40Ca
-
-
11
52Cr
-
-
9
89Y
-
-
5
E. Hiyama
Private Comm.
NO DATA