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核内 ω 中間子質量分布測定のための 検出器開発の現状

核内 ω 中間子質量分布測定のための 検出器開発の現状. 23aBC-7. 東大理，理研 A ， 京大理 B ， 東大 CNS C ， 高エ研 D 桝本新一 ，青木和也 A ， 宇都宮和樹，小沢恭一郎，小松雄哉，高橋俊行 D 辻智也 C ， 時安敦史 B ， 成木恵 D ， 四日市悟 A ， 渡辺陽介. 発表 内容. γ 線検出器開発背景 γ 線検出器概要 Geant4 による γ 線 検出器のエネルギー分解能の simulation ω 質量分布の Fast Monte Carlo simulation. γ 線検出器開発背景. J-PARC 実験

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核内 ω 中間子質量分布測定のための 検出器開発の現状

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  1. 核内ω中間子質量分布測定のための検出器開発の現状核内ω中間子質量分布測定のための検出器開発の現状 23aBC-7 東大理，理研A，京大理B，東大CNSC，高エ研D 桝本新一，青木和也A，宇都宮和樹，小沢恭一郎，小松雄哉，高橋俊行D辻智也C，時安敦史B，成木恵D，四日市悟A，渡辺陽介

  2. 発表内容 • γ線検出器開発背景 • γ線検出器概要 • Geant4による γ線検出器のエネルギー分解能のsimulation • ω質量分布のFast Monte Carlo simulation

  3. γ線検出器開発背景 • J-PARC実験 • 原子核中でのω中間子の質量変化 p- + A   + n + X -質量変化期待値　　 p0+ g 9.1%　（～70MeV）  +  -Mass resolution  25 MeV 3γを検出することにより ωのinvariant mass を測定 γ線検出器が必要

  4. γ線カロリーメータに要求される性能 γ線エネルギー: ～400MeV ～ a few % エネルギー分解能： Acceptance : 4πに近いほど良い →CsI(Tl)を用いた γ線カロリーメータ target

  5. 参考とした既存γ線検出器 NIM A440(2000)151 • holeを埋めてAcceptance 96% エネルギー分解能 4.3%@100MeV 2.8%@200MeV 200MeVまでしか テストされていない Geant 4 とFast MCを用いて、当実験の分解能を評価 特に、400MeVまでのエネルギー分解能をGeant4でsimulation target CsI(Tl)γ線検出器@E246

  6. Simulationの流れ • エネルギー分解能はシャワーの統計的なふらつきに依存 ⇒shower developmentをsimulateし、 　　エネルギー損失から、エネルギー分解能をsimulation 　－100MeV,200MeVで行われた既存のテスト結果との比較 　－実際のジオメトリで100～400MeVについてのresolutionを評価 • Geant4で求めたエネルギー分解能を用いて Fast MonteCarlosimulation －E246のstopped Kからのπ0崩壊の実験との比較 　－ω質量分布のSimulationによる評価

  7. 既存のビームテスト結果の再現 前面3cm×3cm,後面6cm×6cm,長さ25cmのCsIクリスタルを5×6に並べたビームテスト 4.3%@100MeV,2.8%@200MeV NIM A440(2000)151 4.2%@100MeV 3.0%@200MeV シャワーの統計的なふらつきで 分解能を再現できる ６０ １５０ ８０ １００ １８０ ２００ γ線エネルギー[MeV] γ線エネルギー[MeV]

  8. Geant4 simulation 実際のジオメトリで100～400MeVの γ線でエネルギー分解能を評価 0.1 Fit: ○計算結果 0.05 既存のビームテスト結果 0 0 200 400 γ線エネルギー[MeV] この結果を用いてFast MonteCarlo simulation

  9. π０invariant massの再現 π0invariant mass をsimulationし既存の実験結果と比較 (NIM A494(2002)318) DM/M 5.6% DM/M 5.5% Mass of π0 [MeV] Mass of π0 [MeV] π0invariant mass 既存の実験結果 Simulation結果 実験結果をほぼ再現

  10. mass resolutionの評価 質量782MeVの粒子の崩壊の質量分布 質量782MeV/c2, 巾0で計算を行い、 γ線検出器の Mass resolutionを評価した。 Massresolution ⇒18MeV Invariant mass [MeV/c 2]

  11. 予想ω質量分布 ω質量分布 -Mass shift 9.1%を仮定 -ωが核子と強く Ｉｎｔｅｒactionする モデルを仮定 (H. Nagahiro et.al, Nucl. Phys. A761(2005)92)

  12. conclusion • Geant4でCsIカロリメータのエネルギー分解能をshowerの統計的なふらつきで再現できることが分かった。 • CsIカロリメータで、ω中間子の原子核中でのmass shiftを見るのに十分なresolutionが得られた。 • 今後の予定 E06実験にむけたCsIカロリメータのテスト実験に参加

  13. Combined measurements

  14. resolution • 100～400MeVでγ線を入射しエネルギー分解能を評価 Crystal No.7 Crystal No.1

  15. Geant4 simulation 実際のジオメトリで100～400MeVの γ線でエネルギー分解能を評価 γ線入射エネルギー[MeV] この結果を用いてFast MonteCarlo simulation

  16. ωmesonmass shift

  17. ω mass +back ground バックグラウンド によって生じる4γのうち、 3γのみが検出されπ0γに 見えてしまうもの 中性子検出器によるcut

  18. 1００ＭｅＶ 25cm 30cm 35cm

  19. 2００ＭｅＶ 25cm 35cm 30cm

  20. 3００ＭｅＶ 25cm 30cm 35cm

  21. ４００ＭｅＶ 25cm 30cm 35cm

  22. 予想ω質量分布 -Mass shift 9.1%を仮定 • -Yield • 計算の仮定 • ωが核子と強くＩｎｔｅｒａctionするモデルを仮定 • 核内幅は、吸収によりΓ=60MeV程度に大きくなっている • 説明すること • ７８０ＭｅＶのピークは、核外崩壊でIntrinsicな幅と検出器による分解能を示す。 • 質量変化を十分に捉えられる分解能が達成可能である。 縦軸は、ω中間子の素過程での生成断面積を基にした中間子・核子反応モデルによる計算と100shift、10^7 per spillのビーム、ωのアクセプタンス（89％）を仮定したYield

  23. Combined measurements 中性子によるＭｉｓｓｉｎｇ　Ｍａｓｓとγ線検出器によるInvariant massの測定を同時に行うことで、生成時と崩壊時の”質量”の相関を見て、物理を引き出す。

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