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液体ヘリウム標的を用いた (in-flight K - , N) 法による K 中間子原子核の探索

液体ヘリウム標的を用いた (in-flight K - , N) 法による K 中間子原子核の探索. 藤岡　宏之 and E549 group. How to make kaonic nuclei?. (Stopped K - , N) KEK-PS-E471/E549, FINUDA (In-flight K - , N) BNL-AGS E930/KEK-PS-E548 (In-flight K - , π - ) Quasi-free Σ region Cf. BNL-AGS E905 (π, K + ). 4 He(K - , p)S 0. (E471).

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液体ヘリウム標的を用いた (in-flight K - , N) 法による K 中間子原子核の探索

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Presentation Transcript

  1. 液体ヘリウム標的を用いた(in-flight K-, N)法によるK中間子原子核の探索 藤岡　宏之 and E549 group

  2. How to make kaonic nuclei? • (Stopped K-, N) • KEK-PS-E471/E549, FINUDA • (In-flight K-, N) • BNL-AGS E930/KEK-PS-E548 • (In-flight K-, π-) • Quasi-free Σ region • Cf. BNL-AGS E905 • (π, K+)

  3. 4He(K-, p)S0 (E471) SPES-II

  4. 4He(K-, π-)K-pppn (E471)

  5. Target choice • BNL-AGS-E930 …16O • KEK-PS-E548 …12C, 16O • Stopped K-ではA=2, 3の少数系のデータ • J-PARC …3He, 4He, (CH2 for calibration?) • 3He (K-, n) K-pp , 3He (K-, p) K-pn • 4He (K-, n) K-ppn , 4He (K-, p) K-pnn

  6. Beam momentum ビームパラメータ (野海さん, 豊田さん)Pulse : 3.53 sec (flat top : 0.7 sec) 素過程のcross section

  7. Experimental setup Veto Counter K- etc. K- from K1.8BR or K1.1 Start counter neutron proton AC, LC, pTOF Aerogel Cherenkov(beam π veto) nTOF (E549 14×8) D magnet

  8. Experimental setup K- from K1.8BR or K1.1 Start counter neutron 15m Missing-mass resolution ~20MeV/c2 (FWHM) Aerogel Cherenkov(beam π veto) nTOF (E549 14×8) 1.2 ~ 1.5 GeV/c 1.0 GeV/c 生成されるkaonic nucleiは後ろ向きに300～400MeV/cの反跳を受ける。

  9. Backgrounds • Elastic scattering, charge exchange reaction • p(K-, p)K- , n(K-, n)K-, p(K-, n)K0, p(K-, K0L)n • Quasi-free hyperon production • p(K-, Λ)π0, n(K-, Λ)π-, N(K-, Σ)π • Two-nucleon absorption ? • K- + “pn” → Λ+n, Σ0+n, Σ-+p • Other backgrounds are in unbound region.

  10. KN→KN Quasi-free hyperon production signalが10μb/srの場合、このバックグラウンドに対して20ev程度。 多分π?

  11. Background reduction • Kaonic nucleiの崩壊に伴うhyperonの検出 • Hyperonは「ほぼ」等方的に放出される。 • Λ→p+π- : 2粒子を検出 • Σ→(n)+π : DCAの大きなπを検出 • Two-nucleon absorptionで超前方に核子が放出されたときには、hyperonは後方に行きCDSには入らない。

  12. Λ distribution (signal)

  13. Λ distribution (background)

  14. Cylindrical Detector System • Cylindrical Drift Chamber • 一番外側のhodoscopeでtrigger, PID • (中性子、γ線の検出?) • 中心から75mmまでは標的システムが入る。 • 側面はなるべく物質量が少なくなるように • 200MeV/c 以上のproton,60MeV/c 以上のpionが外に到達できる

  15. Momentum resolution of CDC 福田CDS NEW CDS proton pion

  16. NEW CDS • High momentumの陽子の分解能は、L2, Bに逆比例する • 福田CDS L=18.3cm  L=30cm • 15cm + 30cm×2 + α (hodoscope, Z-chamber etc.) • 12 layers (11 layers)  15 layers or more? • 今度はmultiple scatteringの影響が無視できなくなってくるので、radiation lengthの大きなchamber gasを。

  17. 9800 4000 2000 750 200 600

  18. 陽子のthresholdがΛのthresholdを決めている。 300MeV/c以上でほぼconstantになる。 Λ acceptance

  19. Resolution of Λ mass / momentum

  20. Comparison between福田CDS and NEW CDS

  21. Λ coincidence / Λp coincidence

  22. π+ from Σ+ decay Σ+ π+ 実際の崩壊点のDCA 400MeV/c Σからのπ Vertexからのπ(200MeV/c) φ方向の分解能 (σ=1.2deg)　が十分でないために、 vertex起因かsecondaryかを区別するのは困難である。 Lを大きくすることで 改善の可能性。

  23. Cross section? • 比連崎グループ: 12C以上の核のみ J. Yamagata et al., Prog. Theor. Phys. 114 (2005) 301 A. Ciepl´y et al., Nucl. Phys. A 696 (2001), 173. T. Kishimoto, Phys. Rev. Lett. 83 (1999), 4701.

  24. J. Yamagata et al., nucl-th/0602021 J. Yamagata et al., Prog. Theor. Phys. 114 (2005) 301 Energy-independent potential Energy-dependent potential

  25. Yield estimation • とりあえず10μb/srのcross sectionを仮定。 • ΛもしくはΣ0を含む崩壊モードは全体の1/3以上の分岐比になる。

  26. Yield estimation (K-pp) • neutron detection : 300ev/day • もしも全体の1/3がΛ+p or Σ0+pに壊れたら • + Λ coincidence (CDS) : 30ev/day • + Λp coincidence (CDS) : 20ev/day • さらにtracking eff., DAQ eff., analysis eff. etc. • 最低でも各標的で100shiftsは必要。

  27. neutron neutron neutron+Λ neutron+Λ neutron+Λ+proton neutron+Λ+proton K-pp mass [MeV/c2] K-pp mass [MeV/c2]

  28. invariant mass invariant mass missing mass missing mass 終状態 (n, Λ, p)がすべて検出される Σ0からのγがmissing CDSの分解能が良ければ区別できそう 崩壊分岐比の決定

  29. Case for 4He K-ppn mass [MeV/c2] K-ppn mass [MeV/c2] これは福田CDSのgeometryでの計算。

  30. Physics motivation • Check of E471/E549 and FINUDA results with different reactions • Cross section • Decay branching ratio • non-mesonic decay Λ, Σ0, Σ± • mesonic decay Λπ? • Momentum correlation in 3-body decay • size, density (P. Kienle)

  31. Summary • 液体ヘリウム3, 4標的で1.0GeV/cのbeamを用いて(K-, N)反応でkaonic nucleiを探す。 • S/Nを上げるためにCDSでkaonic nucleiの崩壊に起因するΛなどを直接捕まえる。 • armの長いCDSを作ることで運動量分解能（おそらく角度分解能も）の大幅な向上を目指す。

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