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原子核中で の ベクター 中間子測定の物理と課題

原子核中で の ベクター 中間子測定の物理と課題. 小沢　恭一郎（ KEK ）. ベクター中間子 の魅力. カイラル対称性の自発的破れは、クォークの 2 粒子相関と強く関係する。 e x.: Weinberg type Sum Rule ベクター型の相関は、ベクター中間子の性質に反映されるだろう。. Hatsuda, Koike and Lee, Nucl. Phys. B394 (1993) 221 Kapusta and Shuryak, Phys. Rev. D49 (1994) 4694. 測定： Vector – Axial Vector.

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原子核中で の ベクター 中間子測定の物理と課題

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Presentation Transcript

  1. 原子核中でのベクター中間子測定の物理と課題原子核中でのベクター中間子測定の物理と課題 小沢　恭一郎（KEK）

  2. ベクター中間子の魅力 • カイラル対称性の自発的破れは、クォークの2粒子相関と強く関係する。 • ex.: Weinberg type Sum Rule • ベクター型の相関は、ベクター中間子の性質に反映されるだろう。 Hatsuda, Koike and Lee, Nucl. Phys. B394 (1993) 221 Kapusta and Shuryak, Phys. Rev. D49 (1994) 4694 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  3. 測定：Vector – Axial Vector ALEPH, Phys. Rep. 421(2005) 191 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  4. 原子核とベクター中間子 • 有限密度下でのクォーク2粒子相関の情報 • カイラル対称性の部分的な回復 • 核媒質の性質 • 自由空間中での質量分布（少なくともベクターと軸性ベクターの分布の差）は、良い測定量だが、原子核中での測定量は自明ではない。 • 何らかの計算・モデル・近似が必要。 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  5. 測定量は？ • 自由空間の延長で、ベクター中間子質量分布が凝縮量に関係（QCD和則）T.Hatsudaand S.H. Lee,PRC 46 (1992) R3 • 正しくは、Energy – Momentumの分散関係 • See Prof. Yokkaichi’s talk • いくつかのコメント • 原子核は有限系ではあるが、大きな原子核は無限系近似出来るのか？ • 実験を考えたときに、 • ある密度の質量分布が本当に測定できるのか？ • 反応・崩壊過程の影響は？ Formation Timeなど • クォークの2粒子相関を反映する質量分布以外の測定量は？崩壊幅？ 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  6. 測定量（続き） • 原子核中での束縛状態 • （存在すれば）定義は明確 • ベクター中間子－原子核相互作用の持つ情報は？ • スカラー、擬スカラー粒子の測定が本質的か？ • 質量変化と束縛状態？ • 質量変化は束縛状態の存在を意味するのか？ • 単に、媒質効果を感じて、質量が変化するということがありうるのか？ • 二つの現象を関係づけられれば情報が引き出せるか？ 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  7. 測定量（続き） • （核中での）中間子－核子相互作用 • 吸収長の測定 • 閾値近辺の中間子生成反応の測定 • See Dr. Hashimoto’s talk • 全般的なコメント • ベクター中間子のハドロン相互作用に対する理解から「カイラル対称性の情報」が引き出せるのか？ • 逆に、現象をQCD起源の媒質効果として理解できるのか？ • それとも、この切り分けに意味があるのか？階層性の理解につながるのか？ 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  8. 次に、実験結果から考えてみる bg<1.25 (Slow) • E325の結果に類似の結果がJ-PARCで得られたとして、何が分かるのか？ • 核内質量分布を統計的に評価することは出来るとする。 • ここまでは実験の役割 Cu • たとえば、2通りのアプローチ • φN, φA相互作用を積み上げて、スペクトラムを理解する • φN , φA相互作用から導出される情報は？ • 質量分布からQCD和則に基づき、凝縮量を計算する。 • 可能か？不可能なら何が問題？ 核内崩壊成分 （原子核中での質量分布） e+e- invariant mass 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  9. 結果から何が分かるか（その２） H. Nagahiro et al, Calculation for 12C(p-, n)11Bw • 束縛エネルギーが測定されたとする。 • Meson-Nucleon, meson-nucleus相互作用のどういう情報が得られるのか？ • 得られた情報は、何に役立つのか？ 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  10. 結果から何が分かるか（その３） • ベクター中間子の核内吸収断面積が標的原子核依存性から評価できたとする。 • 核内崩壊巾の情報へ焼き直すことは可能 • その情報は、何を意味するのか？ • 単に、ωの吸収は大きいね、と言って終わり？ • ハドロン相互作用モデルをより高精細化するのに役立つ？ M. Kotulla et al, PRL 100 (2008) 192302 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  11. まとめ • クォークの2粒子相関を考えたときに、ベクター中間子の測定は面白い。 • 原子核中でのベクター中間子の測定として、測定量は、 • 質量分布（エネルギー、運動量の分散関係） • 束縛状態 • 原子核－中間子　相互作用 などが考えられる。 • 現象の理解と物理情報の引き出し方が課題。 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  12. Nucleon Hole Emitted Neutron p- w p0g decay Target 現象の理解のための新実験 Two measurements at the same time. • Meson spectroscopy • Direct measurements of mass spectra Clear measurements in small momentum! Bound w state search 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  13. p-A   + N+X n p p0g g  w p0 g g Reaction and Beam momentum Stopped w meson Generate w meson using p beam. Emitted neutron is detected at 0. Decay of w meson is detected. If p momentum is chosen carefully, momentum transfer will be ~ 0. To generate stopped modified w meson, beam momentum is ~ 1.8 GeV/c. (K1.8 can be used.) As a result of KEK-E325, 9% mass decreasing (70 MeV/c2) can be expected. Focus on forward (~2°). 0.4 w momentum [GeV/c] 0.2 4 2 0 0 p momentum [GeV/c] 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  14. Experimental setup • p-p  wn @ 1.8 GeV/c •  p0g gg • Target: Carbon 6cm • Small radiation loss • Clear calculation of w bound state • Ca, Nb, LH2 are under consideration. • Neutron Detector • Flight length 7m • 60cm x 60 cm (~2°) • Gamma Detector • Assume T-violation’s • 75% of 4p • Magnet for charge sweep g detector around the target Neutron counter at the forward direction Beam Line: K1.8or High-p 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  15. Results for three potentials Generation of w H. Nagahiro et al Large abs. No int. Large abs. Large int. Decay of w (Invariant Mass) 2366 2755 938 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  16. Final Spectrum One can select bound region as Energy of w < E0, which is measured by the forward neutron counter. Bound region Including Background: Main background is 2p0decays and 1g missing Strong kin. effects Invariant Mass spectrum for the bound region 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  17. “Mass” Correlation • Invariant Mass VS Missing Energy • Non-correlated model • Correlated model 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢 Correlation analysis will useful for reducing kinematical effects.

  18. まとめ • J-PARC E26 experiment is proposed to investigate the mass of omega meson in nucleus. • Originally, the experiment plans to use K1.8 beam line. High-p beam line can be used also. • Detailed simulation using the high-p beam line should be done. 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  19. Back up 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  20. Neutron Measurement • Timing resolution • Beam test is done at Tohoku test line • Timing resolution of 80 ps is achieved (for charged particle). • It corresponds to mass resolution of 22MeV/c2. • Neutron Efficiency • Iron plate (1cm t) is placed to increase neutron efficiency. • Efficiency is evaluated using a hadron transport code, FLUKA. • Neutron efficiency of 25% can be achieved. We can not see a clear bound peak. At this moment, there is no beam line at J-PARC to have enough TOF length and beam energy Bound region 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  21. Gamma detector • CsI EMCalorimeter • T-violation’s one is assumed. Obtained p meson spectra for stopped K decays （D.V. Dementyev et al., Nucl. Instrum. Meth. A440(2000), 151） Assumed Energy Resolution Muon holes should be filled by additional crystals. Acceptance for w is evaluated as 90%. Fast simulation is tuned to reproduce existing data. 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  22. Decay Yield Evaluation Based on measured crosssection of p-p  wn for backward w (G. Penner and U. Mosel, nucl-th/0111024, J. Keyne et al., Phys. Rev. D 14, 28 (1976)) H. Nagahiro et al calculation based on the cross section and known nuclear effects. Assumed potential is consistent with w absorption in nucleus. • Production cross section • 0.02 mb/sr (CM) @ s = 2.0 GeV • 0.17 mb/sr (Lab) @ s = 2.0 GeV • Beam intensity • 107 / spill, 6 sec spill length • Neutron Detector acceptance • Dq = 2°(60 cm x 60 cm @ 7m) • Gamma Detector acceptance • 90% for w • Radiation loss in target 11% • Survival probability in final state interaction • 60% • Beam Time 100 shifts • Branching Ratio 1.3 % • 8.9 % Total No interact Interact w nuclei Large width ~ 60 MeV/c2 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  23. Missing mass spectroscopy Energy level and width of bound state have detailed information of interactions between nucleus and meson. Theoretical prediction for w bound states H. Nagahiro et al, Calculation for 12C(p-, n)11Bw 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

  24. Mass “spectra” • several theories and models predict spectral function of vector mesons (r, w, f). • Lowering of in-medium mass • Broadening of resonance P. Muehlich et al. , Nucl. Phys. A 780 (2006) 187 - meson - meson F. Klingl et al. NPA 624 (1997) 527 NPA 650 (1999) 299 「原子核媒質中のハドロン研究会」 小沢

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