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核子当たり 158GeV の鉛・鉛衝突における π 中間子 , K 中間子 ,  陽子の一粒子包括測定 PowerPoint PPT Presentation


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核子当たり 158GeV の鉛・鉛衝突における π 中間子 , K 中間子 ,  陽子の一粒子包括測定. 理工学研究科2年 学籍番号  993248 氏 名   相澤美智子 指導教官  三明康郎. 原子核. 原子核. 高エネルギー原子核・原子核衝突実験. 高エネルギー原子核・原子核衝突実験の目的 高温・高密度相の生成と理解 衝突の様相を見る方法 衝突反応によって生成した粒子を測定 粒子生成量、生成比 、 運動量分布を他の実験や理論計算と比較する 粒子生成量 基本的な測定量 様々なエネルギー・粒子の衝突について測定されている. 粒子生成・放出. 目的.

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核子当たり 158GeV の鉛・鉛衝突における π 中間子 , K 中間子 ,  陽子の一粒子包括測定

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Presentation Transcript


158gev k

核子当たり158GeVの鉛・鉛衝突におけるπ中間子,K中間子, 陽子の一粒子包括測定

理工学研究科2年

学籍番号 993248

氏 名   相澤美智子

指導教官  三明康郎


158gev k

原子核

原子核

高エネルギー原子核・原子核衝突実験

  • 高エネルギー原子核・原子核衝突実験の目的

    • 高温・高密度相の生成と理解

  • 衝突の様相を見る方法

    • 衝突反応によって生成した粒子を測定

    • 粒子生成量、生成比、運動量分布を他の実験や理論計算と比較する

      粒子生成量

      • 基本的な測定量

      • 様々なエネルギー・粒子の衝突について測定されている

粒子生成・放出


158gev k

目的

 核子当たり158GeVの鉛・鉛原子核衝突実験における粒子生成量を求め、衝突反応機構を考察する。

 次のことを方針として解析した。

1.π+中間子、K+中間子、陽子の一粒子生成量を  中心衝突度毎に求める。

2.求められた粒子生成量を、基本的な模型と比較  検討する

  •  核子・核子衝突の重ね合わせ

  • Wounded nucleon model


158gev k

WA98実験による測定

  • WA98実験

    • 核子あたり158GeVの鉛・鉛衝突実験

  • 検出器系

  • Spectrometer

    • 位置検出器

    • Pad chamber×2

    • Streamer tube detector×2

    • 飛行時間測定器(JTOF)

  • Zero Degree CalorimeterとMid Rapidity Calorimeterで中心衝突度を測定


158gev k

Number of spectator nucleons

MIRAC(GeV)

ZDC(GeV)

0 2 4 6 8 10 12 14

Impact parameter b (fm)

中心衝突度の決定

b

ZDCの測定値は、衝突の幾何学的描像と合っている。

実験値    幾何学的描像

EZDC∝Nspectator

周辺衝突

中心衝突

ZDCとMIRACで 相補的な測定を行っている。

E(MIRAC)∝Nparticipant

イベント数

1 2 3 4 5

本研究ではMid Rapidity Calorimeterの測定値を中心衝突度の物差しとし、中心衝突度を5段階に分けて解析を行った。

0 100 200 300 400 500

MIRAC測定値(GeV)


158gev k

a

b

B

magnet

生成粒子数の測定

飛跡再構成

3hits track

位置検出器上の位置情報(hit)を直線でfitして飛跡を得る

4hits track

運動量測定

  • 磁場中での飛跡の曲率を計算して運動量を得る

粒子識別

  • 運動量p、飛行時間tof、飛跡Lを用いて粒子質量m0を計算


158gev k

検出された生の粒子数

y

検出された粒子数のy-mT分布が得られた

この粒子数には、測定法に依存する様々な効果が含まれており、本来の粒子生成量を表していない。

補正が必要である。

3.7

2.8

3.0

2.3

1.3

1.4

0

yCM

0

0

yCM

yCM

1

1

1

mT-m0

K+中間子

陽子

π+中間子

φ

x

運動量を(mT,y,φ)で表す。

z

y

ビーム軸方向


158gev k

θ

z

ビーム軸方向

(y, mT-m0)と(p, θ)の対応

p2+m02+ p・cosθ

1

2

y

ln

=

p2+m02- p・cosθ

mT - m0

(p・sinθ)2+m02

=

mT-m0

mT-m0

mT-m0

θ= 20°

p=10(GeV)

p=10

θ= 20°

p=10

θ= 15°

θ= 20°

θ= 10°

θ= 15°

p=4

θ= 15°

θ= 5°

p=4

θ= 10°

p=4

θ= 10°

p=1

θ= 5°

p=1

p=1

θ= 5°

y

y

y

π中間子 m0=0.14(GeV)

K中間子 m0=0.49 (GeV)

陽子 m0=0.94 (GeV)

mT-m0

mT-m0

mT-m0

y

y

y


158gev k

補正が必要な効果

  • 検出器のアクセプタンス

  • 多重散乱・粒子の崩壊

  • 検出器の位置分解能

  • 検出器の検出効率

検出されない方位角方向がある。

多重散乱や粒子の崩壊によって、飛跡が再構成されない場合や、ずれて再構成される場合がある。

検出器の位置分解能により、飛跡が再構成されない場合や、ずれた飛跡が再構成される場合がある。

検出器の検出効率により、飛跡が再構成されない場合がある。


158gev k

y

発生させる

粒子数分布

Ngen(mT, y)

mT-m0

検出器の幾何学的配置、

多重散乱、粒子の崩壊、

検出器の分解能、

検出器の検出効率

モンテカルロ

シミュレーション

検出器から得られる位置情報

補正係数

飛跡再構成・

運動量測定・粒子識別

y

得られた

粒子数分布

補正係数を実験で検出された生の粒子数に掛けて、補正を行う

Nrec(mT, y)

mT-m0

補正係数の算出


Background track

Background track

実験にはBackground hitがある。また再構成されなかった飛跡の位置情報もある。このようなhitが偶然に飛跡(background track)を構成してしまう可能性が考えられる。そこでBackground trackの出現確率を考察した。

backgroundの出現確率

それぞれの検出器に同じ多重度の異なるeventのhitを入れ、飛跡再構成した

もともと入れたeventの飛跡の数に対し、構成された飛跡は次のようになった。

3hits background track:最大7.5% 4hits background track:最大0.04%

3hits trackと4hits trackとでBackground trackの出現確率に違いがある。


158gev k

4hits track

4hits track&3hits track

3hits track

得られた一粒子分布(補正後)

4hits trackのみを用いて解析した場合、3hits trackのみを用いて解析した場合、 両方用いた場合について、それぞれ一粒子分布を求めた。

π中間子 central

π中間子

陽子

K中間子

mT-m0 (GeV)

3hits trackと4hits trackの両方を用いたときから、±10%以内に他の解析結果があった。 そこでこの値を系統誤差とした。

π+中間子、K+中間子、陽子の横質量分布が求められた。


Dn dy

単位ラピディティー当たりの粒子生成量:dN/dy

粒子生成量の横質量分布が指数関数形であると仮定し、横質量分布を積分してdN/dyを求めた。

この粒子生成量がどのようなモデルで説明されるか考察する。


158gev k

モデル1 : 核子・核子衝突の重ねあわせ

高エネルギー原子核・原子核実験の特徴

原子核の大きさ>>ド・ブロイ波長:入射核の核子は、相手の核子を見る

衝突時間<<核の固有時間 :衝突の間に、核内核子の運動は無視できる

粒子の生成時間 ~1fm/c:粒子生成前に何度も核子・核子衝突を起こす

核子・核子衝突

モデル1:

核子は原子核・原子核衝突の間、エネルギーを失わずに相手の核子と次々に衝突する。衝突回数は、原子核の幾何学的配置による。

衝突のたびに、核子・核子衝突1回分の粒子を発生する。

このモデルに従うならば、核子・核子衝突1回あたりのdN/dyは、同じエネルギーの陽子・陽子衝突のdN/dyと同じになるはずである。


1 dn dy

陽子・陽子衝突

π中間子

核子・核子衝突1回あたりのdN/dy

π中間子は周辺衝突で陽子・陽子衝突のdN/dyに近い値である。K中間子は陽子・陽子衝突のdN/dyに近い値である。

このモデルは実験値より多く計算される。

陽子・陽子衝突

K中間子

0

200

400

周辺衝突

反応関与部核子数

中心衝突


158gev k

モデル2:核子・核子衝突毎にエネルギーを失う

π中間子についてモデル1が合わない理由としては、核子当たり158GeVのエネルギーは、粒子生成に使われるエネルギーを無視できるほど高くはないことが考えられる。

そこで次のモデルを考えた。

モデル2:核子が核子と衝突するとき、次の衝突の前にその核子・核子衝突で粒子が生成する分だけエネルギーを落とす。

一個の核子が衝突を起こす回数の分布(計算による)

周辺衝突

中心衝突

運動量を持ったπ中間子をつくるためのエネルギーを放出して失う

衝突回数


Dn dy1

モデル2におけるdN/dyの計算

生成されるπ中間子の運動量分布を以下のように仮定した。

は次のような分布とする

dN/dy

ymin

ymax

単位ラピディティー当たりの平均横質量 <mT>=0.3[GeV]

陽子・陽子衝突における生成粒子数

陽子・陽子衝突のエネルギーとmultiplicityの関係から、n回目の衝突でのエネルギー放出量と粒子生成量を求めた。


158gev k

モデル2と実験値の比較

  • π中間子は、モデル2の計算値は実験値より多い。

  • K中間子は、モデル2の計算値は実験値より少ない。

    π中間子では、モデル2でも Over estimateしているが、K中間子ではUnder estimateする。

モデル1による π中間子のdN/dy

モデル1による  K中間子のdN/dy

モデル2による π中間子のdN/dy

K中間子のdN/dy(実験値)

モデル2による  K中間子のdN/dy

π中間子のdN/dy(実験値)

200

0

400

200

400

0

反応関与部核子数

反応関与部核子数


3 wounded nucleon model

Busza et al. PRL 34, 836(’75)

モデル3:Wounded Nucleon Model

核子・核子衝突と原子核同士の衝突では違いがあることが考えられる。そこで次に、核子・原子核衝突の実験値をよく説明する「Wounded Nucleon Model」を考える

Wounded Nucleon Model

核子・原子核衝突における生成粒子数は何個のWounded Nucleonを作ったかにより決定される

入射粒子が衝突した標的核子の数

これを原子核・原子核衝突に拡張して考えると、次のようになる。

モデル3:生成粒子数は、反応関与部の核子数で決まる.


158gev k

実験値との比較

dN/dyが反応関与部核子数に比例するかどうかを調べた。

0 200 400

π中間子は反応関与部核子数に比例するので、Wounded Nucleon Modelに良く合うといえる。

K中間子は比例からややずれる傾向が見える


158gev k

反応関与部核子1個あたりのdN/dy

π中間子は一定であり、dN/dyは反応関与部核子数に比例しているといえる。

K中間子は一定ではない。


Intra nuclear cascade model

Intra Nuclear Cascade Modelとの比較

核子・核子散乱だけでなく、生成粒子の2次散乱等の効果を入れたカスケード計算(RQMD)と比較した。

RQMD

モデル1による π中間子のdN/dy

モデル1による  K中間子のdN/dy

モデル2による π中間子のdN/dy

K中間子のdN/dy(実験値)

モデル2による  K中間子のdN/dy

π中間子のdN/dy(実験値)

200

0

400

200

400

0

RQMD

反応関与部核子数

反応関与部核子数

π中間子、K中間子のdN/dyの実験値により近い値となっている。


158gev k

まとめ

  • 核子当たり158GeVの鉛・鉛原子核衝突におけるπ+中間子、 K+中間子、陽子の不変微分断面積の横質量分布を求め、その分布からそれぞれのdN/dyを求めた

  • 求められたdN/dyをもとに、高エネルギー原子核・原子核衝突の基本的な描像を考察した。その結果、次のことがわかった。

    モデル1:核子・核子衝突の重ねあわせ

    π中間子は中心衝突になるに連れて、核子・核子衝突1回当たりのdN/dyが減少し、モデル1は実験値よりOver estimateする。

    モデル2:核子・核子衝突を基本とし、衝突毎にエネルギーを失っていく反応

    π中間子ではまだOver estimateしているが、K中間子はUnder estimateする。

    モデル3:Wounded nucleon model

    π中間子は、モデルの予想と良く合う。


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