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
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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 日本物理学会年次大会
12009 年 日本物理学会年次 大会T.Gogami
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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
ΛB 12ΛC ((π+,K+) 反応 )
• 中性子過剰ハイパー核
Spin-flip/nonflip 状態の生成
22009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
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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) )
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 )
2009 年 日本物理学会春大会T.Gogami 3
E01-011
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ジェファーソン研究所~CEBAF~
CEBAFの概略図42009 年 日本物理学会春大会
T.Gogami
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
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
これらを提供する唯一の加速器
我々の実験
加速器に対する要求
Hall C
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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,12
ΛB,28ΛAl
構成 ・・・ Splitter + Enge(tilt) + HKSHKS +散乱電子スペクトロメータの配置の工夫 (tilt 法 )測定技術を確立
• 第三世代実験 E05-115(2009) : 7ΛHe,10
ΛBe,12ΛB,40
ΛK,52ΛV
構成 ・・・ new Splitter + HES(tilt) + HKSSplitter 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
2009 年 日本物理学会春大会T.Gogami 5
ルミノシティ 200倍
e’ 側スペクトロメータの singles rate 1/100
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E05-115 Physics motivation7Li(e,e’K+)7
ΛHe ,10B(e,e’K+)10ΛBe
• Neutron rich hypernuclei• Charge symmetry breaking• ΛN-ΣN coupling
40Ca(e,e’K+)40ΛK,52Cr(e,e’K+)52
ΛV• Binding energy of s-,p-,d-orbit, cross
section• Single-particle potential
2009 年 日本物理学会春大会T.Gogami 6
質量
数 A
Few
bod
y,Cl
uste
rSh
ell m
odel
Mea
n fil
ed
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72009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
第三世代実験 E05-115 のセットアップ
新設
Q1 Q2 DQ1Q2D
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]
⊿p/p 2.0×10-4 2.0×10-4
New splitter
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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 1.8GeV2.344GeV 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)
82009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
S/Nを改善 + 収量増
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ハイパー核収量 [count/hour] の比較
9
2009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
Target(100mg/cm2) 第二世代実験E01-011
第三世代実験E05-115
Configuration HKS+Enge+splitterTilt 法
HKS+HES+new splitter
Tilt 法Beam energy[GeV] 1.8 2.5Beam current[μA] 24 30
7Li(15μA) 8.5 3210B 9.6 4412C 9.6 37
40Ca - 1152Cr - 989Y - 5
断面積を 100[nb/sr]と仮定した見積もり
4~5倍
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予想スペクトラム
102009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
Cross section は Bydzovsky ・ Motoba 氏等の理論計算から導出
simulation
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)
52ΛV の予想
スペクトラム
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HES Detector
112009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
e’ rate < 2MHz
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HES detector 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
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]
e’
EHODOlayer2 layer1
EHODO layer1 組み立て後
122009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
EDC1EDC2
EDC1
Name
EDC1 Honeycomb :xx’,uu’,xx’,vv’,xx’
EDC2 Plane:xx’,uu’,vv’
EHODO1/EHODO2 300H×1170W×10T 29segments
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132009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
HKS DetectorTarget Beam
intensity(μA)π+ rate (kHz) K+ rate (kHz) p rate (kHz)
12C 50 13 0.16 21
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HKS detector
142009 年 日本物理学会春大会
T.Gogami
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
152009 年 日本物理学会春大会
T.Gogami
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
TOF1X
TOF1 Y
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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
7ΛHe,10
ΛBe, 12ΛB,40
ΛK,52ΛV
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
162009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
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Backup
172009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
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182009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
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検出器の位置関係
192009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
HES側
HKS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1.8GeV2.344GeV 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)
202009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
E01-011 E05-115
x’[mrad] x’[mrad]
y’[m
rad]
y’[m
rad]
赤・・ virtual photon 起因青・・メラー散乱起因緑・・制動放射起因
S/Nを改善 + 収量増 ハイパー核の収量 4~5 倍
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EDC1
12 月
2008 年 11 月
10 月
3 月2 月
1 月
2009 年
212009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
プラトー曲線
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)
222009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
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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
ΛB• 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
232009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
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• 構成 splitter+Enge+HKS• 主なハイパー核 7
ΛHe,12ΛB,28
ΛAl• 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
第二世代実験 E01-011(2005 年 )
242009 年 日本物理学会春大会T.Gogami
技術の確立
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Singles rateTarget Beam
intensity(μA)e’ rate (kHz)
7Li 15 28010B 30 48012C 50 93040Ca 30 162052Cr 30 1780
Target Beam intensity(μA)
π+ rate (kHz) K+ rate (kHz) p rate (kHz)
7Li 15 5.4 0.07 7.610B 30 44 0.16 3312C 50 13 0.16 2140Ca 30 3.2 0.03 4.952Cr 30 9.7 0.08 13
Rate of HES arm
Rate of HKS arm
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Target(100mg/cm2) 第一世代実験
E89-009第二世代実験
E01-011第三世代実験
E05-115Configuration SOS+Enge
+splitterHKS+Enge+splitterTilt 法
HKS+HES+new splitter
Tilt 法Beam
energy[GeV]1.8 1.8 2.5
Beam current[μA] 0.66 24 307Li(15μA) - 8.5 32
10B - 9.6 4412C 0.5 9.6 37
40Ca - - 1152Cr - - 989Y - - 5
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NO DATA
E. HiyamaPrivate Comm.
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