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電子線を用いた 高分解能 Λ ハイパー核分光用 散乱電子スペクトロメータの研究

電子線を用いた 高分解能 Λ ハイパー核分光用 散乱電子スペクトロメータの研究. 東北大学大学院理学研究科 物理学専攻 松村　彰彦. 概要. 電子線を用いた Λ ハイパー核分光 前回の実験の問題点と改良 Tilt 法、 Background study 散乱電子検出器の開発、ビームテスト まとめ. 電子線を用いた Λ ハイパー核分光. 散乱粒子の角度分布. e’ 、 K + 共に前方ピーク ⇒可能な限り前方に散乱された粒子を測定. 世界で最初の電子線を用いた Λ ハイパー核分光実験 E89-009. 0 度方向に散乱した e’ 、 K + を測定

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電子線を用いた 高分解能 Λ ハイパー核分光用 散乱電子スペクトロメータの研究

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  1. 電子線を用いた高分解能Λハイパー核分光用散乱電子スペクトロメータの研究電子線を用いた高分解能Λハイパー核分光用散乱電子スペクトロメータの研究 東北大学大学院理学研究科 物理学専攻 松村　彰彦

  2. 概要 • 電子線を用いたΛハイパー核分光 • 前回の実験の問題点と改良 • Tilt法、Background study • 散乱電子検出器の開発、ビームテスト • まとめ

  3. 電子線を用いたΛハイパー核分光

  4. 散乱粒子の角度分布 • e’ 、K+共に前方ピーク ⇒可能な限り前方に散乱された粒子を測定

  5. 世界で最初の電子線を用いたΛハイパー核分光実験E89-009世界で最初の電子線を用いたΛハイパー核分光実験E89-009 • 0度方向に散乱した e’ 、K+を測定 (Enge、SOS スペクトロメータ) • 世界最高となる、 900 keV(FWHM) のエネルギー分解能

  6. E89-009の問題点と改善策 • ハイパー核生成率 主に制動放射による多量の散乱電子側のバックグラウンドのため、ターゲット厚、ビーム強度が制限 (それでも計数率200MHz; 12Cターゲット 22 mg/cm2、ビーム強度0.66μAの場合) 　　⇒散乱電子側は0度を避けて測定 • エネルギー分解能 SOSが分解能を制限 　　⇒HKS(高分解能大立体角K中間子スペクトロメータ)の導入

  7. E01-011セットアップ

  8. 散乱電子側の実験条件 全体での目標エネルギー分解能 0.4 MeV(FWHM)

  9. 散乱電子スペクトロメータ(Engeスペクトロメータ)散乱電子スペクトロメータ(Engeスペクトロメータ) • Split-pole型 • ハードウェア スペクトロメータ • E89-009でも使用 運動量分解能 5×10-4(FWHM)

  10. 散乱電子側のバックグラウンド制動放射　＆　Ｍøｌｌｅｒ散乱散乱電子側のバックグラウンド制動放射　＆　Ｍøｌｌｅｒ散乱 • 制動放射に付随する 電子 ⇒0度方向にピーク • Ｍøｌｌｅｒ散乱 ⇒散乱電子の運動量が 　　　決まると散乱角も 　　　一意的に決まる。

  11. Tilt法 • バックグラウンド電子 (制動放射 & Ｍøｌｌｅｒ散乱) を避け、仮想光子に関与した電子をできるだけ多く検出する • 散乱電子はsplitter magnetで水平方向に 分散 ⇒ビーム分散に対して 垂直方向に傾ける

  12. パラメータの最適化 • Tilt angle = 7.75° • Offset = 6 cm FoMが良くなる • ターゲット厚5倍、 ビーム強度50倍 • K+ arm側と合わせて Yieldが50倍、 S/N比が10倍良くなる ⇒

  13. GEANT3によるシミュレーション 目的 • 検出面での散乱電子の 現実的な計数率を調べる • 周囲の物質(collimator、 Enge pole face等) に当たった電子の振る舞い • 高い運動量の電子の 振る舞い

  14. シミュレーションの条件 • Splitter及びEnge magnetの磁場 ⇒有限要素法を用いた3次元磁場計算ソフト「TOSCA」 • 発生電子分布 ⇒それぞれの物理プロセスの角度分布に 　　従うようにターゲットで発生、運動量0~1.8 GeV/c • 物質 鉄⇒Enge pole、Splitter pole 鉛⇒検出器シールド用 タングステン合金⇒collimator 真空⇒virtual detector (detector plane含む)、その他の空間

  15. 初期運動量0~1.8 GeV/cの電子 • 検出面に到達する 電子の初期運動量は 0.2~0.5 GeV/cに集中 • 高い運動量の電子が 周辺の物質に当たって エネルギーを失い、検出面 に到達する割合は ほぼ0 ⇒

  16. Engeアクセプタンス（0.186~0.470 GeV/c）の電子 検出面に到達した電子の数 ※括弧内の数値は周辺の物質に当たった電子を表す ※発生電子数⇒約107 events 検出面に到達する電子の約5%は周辺の物質に 当たってエネルギーを失っている

  17. バックグラウンド発生源 主にEnge入口や 上poleに当たった 電子がエネルギーを 失い検出面に到達 する。

  18. シミュレーションまとめ 検出面での電子の計数率 (0.186~0.470 GeV/c、ビーム強度30 μA、12Cターゲット100 mg/cm2の場合) ※括弧内の数値は周辺の物質に当たった電子を表す バックグラウンドとなる電子(制動放射 & Møller散乱) の計数率はおよそ180kHz (E89-009の散乱電子計数率～200MHz)

  19. 散乱電子検出器の開発 • 広い角度分布(0~40度)を持つ電子の 飛跡測定 ⇒ハニカムセルドリフトチェンバー 目標分解能：200μm(位置、水平方向） 300μm(位置、鉛直方向） 1.5 mrad(角度) • TOF測定及びトリガー測定 ⇒プラスチックシンチレータ 目標分解能：75 ps（σ;TOF分解能）

  20. ハニカムセルドリフトチェンバーの仕様 • 10 layers (xx’,uu’,xx’,vv’,xx’) uu’,vv’ ±30° • セルサイズ0.5 cm • Anode⇒W-Au plated 20 μmΦ Cathode⇒Al-Au plated 80 μmΦ • Ar+C2H6 (50%,50%) • 有効領域 100×12×32 cm3

  21. ハニカムドリフトチェンバーの性能 各分解能 X Y ⇒ 中心運動量0.316 GeV/cの 電子に対して 4×10-4(FWHM)以下 の運動量分解能 Y’ X’

  22. プラスチックシンチレータの仕様 • プラスチックシンチレータ ⇒BC420 (4×12×1 cm3) • PMT ⇒Hamamatsu, H6612 • 1 layer ⇒25 segments • ＴＯＦ分解能 ～100 ps (σ) for 1.2 GeV/c,π+ (単体:～70 ps (σ))

  23. まとめ • 散乱電子側のバックグラウンドを 減らすために、Tilt法を考案、採用 Tilt angle=7.75°,offset=6.0 cm ⇒ターゲット厚を5倍、ビーム強度を50倍にしても 　　バックグラウンド電子の計数率を 180kHz以下にまで軽減できる • 散乱電子検出器の開発 ⇒中心運動量0.316 GeV/cに対して 4×10-4(FWHM)以下の運動量分解能を 見込むことができる

  24. ホドスコープの性能 • TOF分解能 ~99 ps(σ) for 1.2 GeV/c,π+ • ホドスコープ単体の分解能 ~70 ps(σ)

  25. 初期パラメータ：Bremsstrahlung

  26. 初期パラメータ：Møller scattering

  27. 初期パラメータ:ハイパー核生成に関与した電子初期パラメータ:ハイパー核生成に関与した電子

  28. Tilt法のパラメータの最適化

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