K 中間子実験グループの研究紹介
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2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 1
K 中間子実験グループの研究紹介
森井 秀樹
Introduction ─ なぜ K 中間子?
京都グループのメンバー紹介
実験紹介
E949 実験
E391a 実験
KOPIO 実験
まとめ
Contents
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 2
Introduction ─ なぜ K 中間子?
K 中間子で何が分かるのか
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 3
K 中間子の物理 ─ 何が面白い?
なぜ K 中間子を研究するのか? →基本的な対称性をテストする良い実験場 基本的な対称性
C (粒子・反粒子変換) P (鏡像変換) T (時間反転)+これらの組み合わせ
C×P , C×P×T , etc.
世界はこれらの変換に対して対称なのか?( 宇宙は粒子が多く反粒子が少ないが 説明可能?・・・ )
Introduction ─ なぜ K 中間子?
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少し復習 標準模型・・・ 強い相互作用
担い手対称性 : C, P, CP ○
電磁相互作用担い手対称性 : C, P, CP ○
弱い相互作用担い手対称性 : C, P, CP ×
弱い相互作用では対称性が破れている!( なぜ? どの程度? )
Introduction ─ なぜ K 中間子?
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クォークの世代間混合 ─小林益川行列
λ~ 0.22
Introduction ─ なぜ K 中間子?
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ユニタリ三角形と K 中間子 ( と B 中間子 )
理論的不定性の小さいモード
Br(KL→π0νν)∝η2
Br(K+→π+νν)~ |Vtd|2
Br(B→J/ΨKS)∝sin2βΔms/Δmd∝|Vts/Vtd|2
⇒ 小林益川行列の要素を精密に測定可能!
高さ
=CP
の大
きさ
Introduction ─ なぜ K 中間子?
L
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メンバー紹介
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K 中間子実験と京都グループの活動
京都の K 中間子実験グループ スタッフ:笹尾 , 野村 荷電 K 中間子実験 K+→π+νν
― E949 実験 : 溝内 (D3) 中性 K 中間子実験 KL→π0νν
― E391a 実験 : 隅田 (D2)― KOPIO 実験 : 横山 (D1), 森井 (D1), 白井 (M2), 谷口 (M2)
京都グループのメンバー紹介
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実験の紹介 (1)
E949 実験
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E949 実験─荷電 K 中間子稀崩壊測定 K+→π+νν 測定実験@ BNL 分岐比 ~ |V*
tsVtd|2 : ユニタリ三角形の斜辺
~ 8×10-11 ( 標準模型 ) E787 からのアップグレード 最近結果を報告!
実験紹介 ─ E949 実験
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E949 実験─コンセプト K+→π+νν : 観測可能な粒子は π+ のみ 分岐比 : 非常に小 ⇒バックグラウンドとの戦い!そのために・・・ π+ をしっかりと確認 余分の粒子を Veto 運動学的なカット
実験紹介 ─ E949 実験
π+ の運動量
μ+ν, π+π0 : 2 体崩壊→ 単色領域を除く
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E949 実験─検出器 E787 からのアップグレード
実験紹介 ─ E949 実験
•静止 K+ の崩壊を観測•Drift Chamber で運動量を測定•K+ の崩壊を待つ (2ns)•Range Stackで range と π+→μ+→e+ の崩壊 Chain を観測•周囲を覆う Veto カウンタ
→ 運動学的カット
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E949 実験─検出器実験紹介 ─ E949 実験
↑π→μ→eの decay chain
←Range Stack
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E949 実験─測定結果実験紹介 ─ E949 実験
⇒エラーの範囲で標準模型の予言と一致
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実験の紹介 (2)
E391a 実験
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E391a 実験─中性 K 中間子稀崩壊測定 KL→π0νν 測定実験@ KEK 分岐比 ∝ Im(V*
tsVtd)∝η2 : ユニタリ三角形の高さ
~ 3×10-11 ( 標準模型 ) イベント感度 : 1×10-10
現在測定中!
実験紹介 ─ E391a 実験
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E391a 実験─検出器実験紹介 ─ E391a 実験
•CsI カロリメータで π0 からの 2γを観測•Pb+Sci γ 線 veto検出器で覆う
イベント同定 : KL→π0νν→2γ & 何も無し
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実験の紹介 (3)
KOPIO 実験
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KOPIO 実験─中性 K 中間子稀崩壊測定 KL→π0νν 測定実験@ BNL 分岐比 ∝ Im(V*
tsVtd)∝η2 : ユニタリ三角形の高さ
~ 3×10-11 ( 標準模型 ) イベント感度 : 8×10-13
現在検出器 R& D進行中!
実験紹介 ─ KOPIO 実験
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KOPIO 実験の Concept イベントの同定
KL→π0νν 「 π0 からの 2γ 」かつ「他は何もなし」
→2γ稀崩壊事象 & 終状態に検出可能な粒子が π0 のみ
⇒ バックグラウンドとの戦い! 例えば… KL→2π0 →γγ
γγ崩壊領域を完全に覆う veto
“microbunch” beam(25MHz、width 200ps)
光子の位置、エネルギー、角度、時間を測定
KLの TOF
π0→2γ崩壊の再構成
運動学的なカット
実験紹介 ─ KOPIO 実験
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KOPIO Detector実験紹介 ─ KOPIO 実験
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KOPIO 検出器─日本グループの役割
Beam Catcher 中性ビーム中の γ 線 veto検出器
Eye-Pipe Vetoカロリメータ内壁の荷電粒子 veto検出器
日本グループの担当
実験紹介 ─ KOPIO 実験
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 23
京都グループの活動 2002-2003 Beam Catcher ( 森井 , 白井 )
第二次プロトタイプによる原理テスト シミュレーションによる具体的な設計 エアロジェル品質管理システムの開発
― 透過率測定システム― チェレンコフ発光量測定システム
荷電粒子 Veto ( 横山 , 谷口 ) 高量子効率 PMT の性能評価 シンチレータ + 波長変換ファイバーでの光量測定
実験紹介 ─ KOPIO 実験
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Beam Catcher開発─ Beam Catcher とは ビームホールを覆う γ線 veto検出器
⇒γ 線とともに大量の中性子も来る →中性子に対して不感である必要有り
― 0.8GeV の中性子に対して 0.2%以下
実験紹介 ─ KOPIO 実験
だから・・・
チェレンコフ閾値型検出器を
分散配置
( 中性子由来の )低速粒子では鳴らない!
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 25
γ 線に対するイベントディスプレイ 中性子に対するイベントディスプレイ
top view
side view
電磁シャワーは前方へ広がる→ビーム方向にコインシデンス
top view
side view
2次粒子は等方的→ビーム方向にコインシデンス確率低
Beam Catcher開発─シミュレーション実験紹介 ─ KOPIO 実験
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 26
Beam Catcher開発─エアロジェルの特性評価 1
光透過率測定 ( 森井 ) 量産に向けた品質管理システム
実験紹介 ─ KOPIO 実験
5 色 (赤~紫外 )波長依存性を測定
透過率の波長依存性
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 27
Chrenkov光を検出
Tag 用 0.2mmt ごく薄シンチ
20mmtシンチ エネルギー測定
エアロジェルn=1.03 11mmt
Beam Catcher開発─エアロジェルの特性評価 2
エアロジェルチェレンコフ発光量測定 ( 白井 )テーブルトップ βビームで測定
実験紹介 ─ KOPIO 実験
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 28
Sr β 崩壊のスペクトル
Magnetで収束された電子
Beam Catcher開発─エアロジェルの特性評価 2
実験紹介 ─ KOPIO 実験
5inchPMT とエアロジェルとの距離 [cm]
平均の光電子数スペクトロメータの性能 エアロジェルの発光量
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 29
荷電粒子 veto─ 高量子効率 PMT の性能評価
QE 30%
H7415(R6427)catalog
H7422
量子効率の波長依存性 通常 vs 高量子効率 PMT
荷電粒子 veto : シンチレータ+波長変換ファイバー光量が不足がち⇒高量子効率 PMT
実験紹介 ─ KOPIO 実験
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 30
KOPIO 実験 ─ 今後の展望 今年度の目標 (Beam Catcher)
エアロジェル発光量評価システムの完成― ビームテスト?
Beam Catcher 実機大プロトタイプの製作 ビームテストによる実機大プロトタイプの性能評価
今後の展望 2004年度 : 検出器R&D 2005-2007年度 : 検出器量産 (Beam Catcher は 2006 ~ ) ビームライン建設 2009年度頃~ : エンジニアリングラン→物理ラン
実験紹介 ─ KOPIO 実験
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 31
まとめ
2004/04/12 KUHEP2004 K中間子実験グループの研究紹介 32
まとめ K 中間子の物理=対称性の研究 理論的不定性の小さい“きれいな”モード
K+→π+νν, KL→π0νν 荷電 K 中間子の実験
E949 : 結果を出したばかり 中性 K 中間子の実験
E391a : KEK で現在測定中 KOPIO : 検出器 R&D を進行中
Beam Catcher , 荷電粒子 veto
まとめ