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JPS 第 68 回年次大会 2013 年 3 月 26 日～ 29 日 @ 広島大学. ALICE 実験√ s NN =2.76TeV 鉛原子核衝突に おける 直接 仮想光子測定を用いた 強磁 場 探索 の展望. 広島大理 辻 亜紗子 f or the ALICE collaboration. 高エネルギー原子核衝突における強磁場生成. 非中心衝突 に おいて非常に強い磁場が生成されている可能性．. B ~ 10 15 Tesla @LHC. c f.) LHC の 超伝導磁石 : 8.3 Tesla
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JPS 第68回年次大会 2013年3月26日～29日 @広島大学 ALICE実験√sNN=2.76TeV鉛原子核衝突における直接仮想光子測定を用いた強磁場探索の展望 広島大理 辻 亜紗子 for the ALICE collaboration 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
高エネルギー原子核衝突における強磁場生成 非中心衝突において非常に強い磁場が生成されている可能性． B ~1015 Tesla @LHC cf.) LHCの超伝導磁石 : 8.3 Tesla 電子の臨界磁場Bc: 4×109 Tesla マグネターの表面磁場 : ~1011 Tesla Strong magnetic field B 強磁場生成に伴う興味深い現象が議論されている． シンクロトロン放射，複屈折，非線形QED…. しかし，いまだ検出はされていない. 研究目的: 強磁場の直接的検出 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
直接仮想光子(低質量電子対)測定を用いた強磁場探索直接仮想光子(低質量電子対)測定を用いた強磁場探索 磁場と垂直に出てきた仮想光子は磁場と強く相互作用して 電子対の生成確率が変化する． • 異方性測定 • In-plane (磁場と垂直)とout-of-plane(磁場と平行)で電子対の数の比をとる． • 偏光測定 • 磁場と垂直に出た電子対のdecay plane の向きで数の比をとる． • 理論計算による見積もり • 数十パーセントの異方性/偏光が現れる． • 現在の統計量で期待されるsignificance • 異方性/偏光ともに1σオーダー • 磁場の検出ができる可能性あり． 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
電子測定と反応平面の決定 ALICE検出器 反応平面の決定(VZERO) Inner Tracking System トラッキング/衝突点測定 (粒子識別) • 電子識別(TPC&TOF) • TPC でdE/dxを測定． • 低/高横運動量領域で優れたelectron purityがある． • TOFでハドロンを排除． • Contamination は,pT<1 GeVで約 1~10% Event plane method Flow vector VZERO A&C 衝突中心度/反応平面 の測定 Time Projection Chamber トラッキング/粒子識別 Event plane angle Time Of Flight 粒子識別 データセット 2011年 鉛+鉛√SNN=2.76TeV LHC11h のうち約100kイベント (全体の約1%) MB+Central+SemiCentraltrigger 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
異方性の測定方法 電子対の方位角とreaction plane angleの差(ΔΦ=φee-ΨRP)で電子対を分けてその数を数える． ΔΦ=φee-ΨRP 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
電子陽電子対の異方性(120<Mee<300MeV) 異方性の衝突中心度依存性 (120<Mee<300MeV) 電子対の質量分布 (Unlike-sign・Like-sign) S/Bcb ratio ~1% Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV • 120<Mee<300MeVのすべての電子陽電子対を測定． • Mee>100MeV : Combinatorial backgroundによる効果が約99％を占めている． • 今後，Combinatoricsやhadron cocktail などバックグラウンドの差引を行う． 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
電子陽電子対の異方性 (0<Mee<30MeV) 異方性の衝突中心度依存性(0<Mee<30MeV) 電子対の質量分布 (Unlike-sign・Like-sign) π0Dalitz崩壊が 支配的 Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV • 0<Mee<30MeVのすべての電子陽電子対の異方性を測定． • Mee<100MeV : π0Dalitz崩壊からくる電子対による効果が支配的． →全ての電子陽電子対が持つ異方性は，π中間子のv2から見積もった 異方性と一致した． 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
同符号(--)電子対の異方性 異方性の衝突中心度依存性(0<Mee<30MeV) 異方性の衝突中心度依存性 (120<Mee<300MeV) Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV • 同符号電子対の異方性を測定．(同符号(++)電子対でも同様の結果)ほぼCombinatorial backgroundをみていることを意味する. • Mee<100MeV : π0Dalitz崩壊からくる無相関粒子による効果が支配的． →全てのe+e-が持つ異方性は，π中間子のv2から見積もった 無相関粒子が持つ異方性と一致している. 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
偏光の測定方法 磁場の影響を受けて偏光が期待される項 Y’ B 電子対のdecay planeと 反応平面がなす角 で電子対を分けて数える． Z アクセプタンスを 考慮した偏光度 電子対のdecay planeと 磁場が作る面(z-y)がなす角 で電子対を分けて数える． ALICE検出器のアクセプタンスを補正する項 (偏光しない) Reaction plane
電子陽電子対の偏光 0.0<Mee<30MeV/c2 • すべての電子陽電子対の偏光度を測定． Combinatorics, hadron cocktail などの バックグラウンドを含んでいる． • 偏光度はどの質量領域でも０に一致． • Mee<100MeV: π0Dalitz崩壊が支配的 • →偏光しないので偏光度は0になる． • Mee>100MeV :combinatoricsが支配的． • →今後，バックグラウンドの差引を行う Unlike-sign(+-) signal + background Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV 120<Mee<300MeV/c2 300<Mee<500MeV/c2 Unlike-sign(+-) signal + background Unlike-sign(+-) signal + background 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
まとめと今後の展望 • 直接仮想光子(低質量電子対)測定を用いて，強磁場探索を 行っている． • 全統計の約1％の解析を行い，バックグラウンドを差引く前の 異方性と偏光の結果を得た． • - 異方性測定 • Mee<100MeV: π中間子の異方性と一致. • Mee>100MeV : combinatoricsによる異方性が支配的になる． • - 電子陽電子対の偏光測定 • どの質量領域(Mee<100MeV:Pi0 Dalitz, Mee>100MeV:combinatoricsが • 支配的)でも偏光度は誤差の範囲で0に一致． • 全統計の解析を行い，Combinatoricsやハドロン崩壊起源などのバックグラウンドの差引により仮想光子成分を抽出し，異方性と偏光の衝突中心度依存性や横方向運動量依存性などの系統的測定を通して，強磁場の検出を目指す． 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
Back up 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
The field estimation • Impact parameter, energy, and time dependence • The field intensity reaches maximum in peripheral collisions (Bmax~1015Tesla) and grows with the beam energy. • The field rapidly damps, but is still above Bc for a few fm/c. By A.Tsuji Spectators and participants Participants only Glauber model √SNN=200GeV Au+Au JAM model* t(fm/c) Impact parameter b(fm) * JAM (Y.Nara, N.Otuka, A.Ohnishi, K.Niita, S.Chiba, PRC61 (2000) 024901) 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
電子陽電子対の質量分布(PHENIX) borrowed from PHENIX (PRL 104, 132301 (2010)) 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
電子陽電子対の異方性 • すべての電子陽電子対を測定．(Combinatorics , hadron cocktail などの バックグラウンドを含んでいる) • 0<Mee<30MeV: π0Dalitz崩壊からくる電子対が支配的であるはず． →全ての電子陽電子対が持つ異方性は， π中間子のv2から見積もった異方性と 一致している． • Mee>100MeV : Combinatorial backgroundが約99％を占めている． Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 22/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
同符号(--)電子対の異方性 Like-sign(--) • ほぼCombinatorial backgroundをみていることを意味する. • 0<Mee<30MeV : 全てのe+e-が持つ異方性は，π中間子のv2から見積もった無相関粒子が 持つ異方性と一致している. • Mee>100MeV : Combinatorial backgroundが 支配的になる． • 同符号(++)電子対でも同様の結果 Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
同符号(++)電子対の異方性 Like-sign(++) • ほぼCombinatorial backgroundをみていることを意味する. • 0<Mee<30MeV : 全てのe+e-が持つ異方性は，π中間子のv2から見積もった無相関粒子が 持つ異方性と一致している. • Mee>100MeV : Combinatorial backgroundが 支配的になる． • 同符号(--)電子対でも同様の結果 Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV Work in progress 21/03/2013 EP resolution not corrected Pb-Pb, √SNN=2.76TeV 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
理論計算の詳細 Di-electron production rate by K.Ishikawaand A.Tsuji • p1,2 : 4D momentum of leg-electron • L : kinematics of electron pair • Last factor : approximated as a constant term • D: Photon propagator Mee=200(MeV/c2) B=1015(Tesla) • Vacuum polarization tensor in strong magnetic field B Kerbsteinet al. Intl.J.Mod.Phys.[arXiv:1111.5984[hep-ph] / Hattori,Itakura[arXiv:1209.2663] 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
How to calculate polarization Y’ Calculate the angle between and X’ ③ ① ② Z Y’ Y’ X’ X’ Z Developing better variables to calculate polarization This analysis Z Y’ is magnetic field vector X’-Z is reaction plane : 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子
How to calculate polarization B A : ALICE検出器のアクセプタンス P : 偏光度 日本物理学会＠広島大学 辻亜紗子 Reaction plane
