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実験概略

実験概略. （ K- 、 K+ ）反応で Ξ- を作って、それをターゲット中に静止させ、それからの X 線を測定する。 たたき台セットアップ K1.8 ビームラインを使用。 K- の運動量は 1.8 GeV/c 。 ビームラインスペクトロメータは不要だが、とりあえず使う。 ターゲットは鉛。鉛中の 550GeV/cΞ のレンジは 1.5cm 程度なので、ターゲット厚を２ｃｍ（ 23g/cm 2 ）に取る。大きさはビームの大きさで決まっていて、 1.5cm×8cm をとりあえず仮定。 目標の X 線のエネルギーは 558 keV±α （ n=10→9 ）。

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実験概略

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Presentation Transcript

  1. 実験概略 • （K-、K+）反応でΞ-を作って、それをターゲット中に静止させ、それからのX線を測定する。 • たたき台セットアップ • K1.8ビームラインを使用。K-の運動量は1.8 GeV/c。ビームラインスペクトロメータは不要だが、とりあえず使う。 • ターゲットは鉛。鉛中の550GeV/cΞのレンジは1.5cm程度なので、ターゲット厚を２ｃｍ（23g/cm2）に取る。大きさはビームの大きさで決まっていて、1.5cm×8cmをとりあえず仮定。 • 目標のX線のエネルギーは558 keV±α（n=10→9）。 • K+ のスペクトロメータはSKS+ではなく、KURAMAを使用。アクセプタンスが0.2srと、10倍近く大きい。 • X線はHyperball-Jをフルに使用。 • ビーム強度 2.3×106 K-/spillで100シフトデータを取る。

  2. 物理 • Ξと原子核の相互作用がわかる。 • ポテンシャルの裾を見ている。 • 残念ながら中心付近の感度はあまりない。 • 測定量は、エネルギーシフト（引力／斥力）、幅（吸収の強さ）、それから収量（上の状態の吸収の強さ）。 • 実は適当な原子核がある。 • ちょうど、吸収を受ける状態のシフト／幅が大きいところ。 • 理論計算あり。 • アイソトープは余り気にしなくてよい。 • Σ-では多数の測定例あり。（遥かに簡単な実験）

  3. ターゲットの選択について • Batty-Friedmann-Gal の論文（PRC59 (1999) 295）によると、F, Cl, I, Pbの4つがbest target. • 実験的にはある程度重いターゲットでは鉛がもっとも難しいはず。（後参照） • というわけで、とりあえず鉛を想定。実験的には鉄あたりが易しそう。 • 将来的には systematic にやってみたい。

  4. 収量見積もり Y=NK＊σΞ＊ｔ＊ΩK＊εK＊RΞ＊RX＊ηX＊εX • ビームに関係する量 • NK：　K- ビームの総量　1.6×1012（4秒サイクル） • ターゲットに関係する量 • σΞ：　微分断面積有効陽子数がAαに比例するとして、α＝0.38-0.41（玉川D論などによる）。従って、有効陽子数は8個程度→断面積は300 ub/srぐらいを想定。 • t：　ターゲットの厚さ（個数/cm２）単純に計算すると6.6×1022だが、実効的にはその半分程度（後ろ側でできたΞは止まらない？）、つまり3.3×1022と思うことにする。

  5. RΞ：　ターゲット中にΞが静止する割合不明だが、とりあえず10％と置いてみる。要simulation。RΞ：　ターゲット中にΞが静止する割合不明だが、とりあえず10％と置いてみる。要simulation。 • RX：　静止Ξあたり、X線の出る割合。これも不明（物理依存）。とりあえず0.5を仮定。 • ηX：　X線がターゲットを抜けてくる割合。558 keVX線の鉛中での平均自由行程は6mm程度なので、0.3くらいになる。要simulation。 • スペクトロメータに関係する量 • ΩK：　スペクトロメータのアクセプタンス　0.2 sr • εK：　K+の検出効率。E964のproposalから0.735（K+の崩壊による）×0.7（その他）＝0.51を仮定。 • Hyperball-Jに関係する量 • εX：　X線の検出効率13％（LOIによる）×0.5（in-beam livetime）＝6.5％

  6. 収量まとめ • 以上合わせて、 • Ξの生成数：　1.6×106 • Ξの静止数：　1.6×105 • X線の個数（ターゲットの外にでるもの）：　2.4×104 • X線を捕らえる数：　1500個 • E964との比較 • ビーム数15倍、ターゲット（厚さ×σ）0.15倍、Ξ静止確率7倍→　Ξの静止数は16倍。 • X線に関してはターゲットでの自己吸収がきつい（E964：考慮していない）。検出効率は2倍強なので、合わせると実質的な検出効率はほぼ同じ。 • トータルで15倍くらい統計が多くなる。→やれそう。

  7. BGの見積もり • E419：　12万イベントに対し、560 keV付近では20カウント/5 keVくらい。これから、 • イベント数：　13倍 • γ線検出効率：　4倍 • その他：　2倍（反応が違うことによる） 　　　　→　2000カウント/5 keV程度 • 連続BGは大丈夫 • 線BGで問題になるのはあるか？ • 558±10 keV でsignificantなγ線は？ • BGを決める手段はあるか？

  8. 問題点 • Ξの収量が少ない • ターゲットが重すぎる。 • 意外に鉛はstopping power が小さい。 • 長さ当たりでは、ほぼ鉄と一緒。 • ターゲットでのX線の自己吸収が大きい。 • 558 keV X線でならなんとかなるが、その1つ上（11→10）のX線（412 keV？）になるとさらに厳しい（ηX～0.2） • ターゲットが重いので、たまたま問題になる線BGがある可能性がある。 • ①～③は違うセットアップで解決できるかも知れない。

  9. セットアップその２ • Ξ生成に関しては、E964に近いセットアップにする。 • ３ｃｍのダイアモンド＋（Si strip 検出器）＋数mm～１ｃｍの鉛ターゲット • 収量の変化は • ターゲットの厚さ×断面積　→　7倍得 • Ξの止まる確率　→　３倍損（emulsionの代わりに、geometrical な厚さが同じ鉛を置けば、E964の2倍以上（3％程度）の静止率が得られるはず） • X線の自己吸収　→　得するはずだが、具体的な数字は不明 　　というわけで、3倍程度得するはず。ただし、BGは7倍　→SiでのdE/dxによるカットが有効か？

  10. 結論I • 実験は可能と思われる。 • 鉛単独ターゲットでもOKだが、ダイアモンド＋鉛がベター。 • 今後詰めるべき点は、以下の5つ • Ξの静止する確率 • X線の自己吸収確率 • 線BGで問題になるものがあるか？ • 静止ΞのS/Nを上げられるか？ • SiでのｄE/ｄｘを使う、ターゲット周りのカウンターのmultiplicity • 線BGを具体的に評価するためには、どうすればいいか？ • （K-,pi+）や（K-,p）といったイベントを集める • ゲルマのmultiplicityが高いイベントを集める • BGになるsingleΛ核のγ線のデータは、Byproductにもなる。

  11. X線の位置、幅の精度 • 統計は十分あるので、X線のエネルギーの統計誤差は、1.5/√1500～0.04 keV程度。 • Systematics をいかに抑えるかが勝負。 • ちなみに、Ξの質量の精度（PDGによる）が0.01%なので、やっぱりこの程度の誤差要因。 • どうやって抑える？ • X線エネルギーの両側にしっかりしたcalibration pointが必要。558 keVだけでなく、412 keV（11→10）の方も。 • 練習をやってみたい。

  12. Calibrationに使えるγ線 • 条件： • エネルギー300 keV-600 keV • それなりの強度がある（期待できる） • エネルギーが＜0.02 keVの精度で知られている。 • 注：e+e-(511)は使ってはならない！ • 線源で使えそうなもの • 7Be(478), 108mAg(434,614), 125Sb(428,463,601), 133Ba(356, 383), 152Eu(344,411,444), 166mHo(411,452,530,571), 192Ir(468,589), 207Bi(569), 228Th(583) • In beam で使えそうなもの • 207Pb(569), 208Pb(583), 207Tl(351), 204Hg(437)

  13. Exercise 1 • 狙った線源からのγ線のエネルギーをどれだけ正確に測れるか？ • いろいろな条件で。 • 狙う線源のデータとcalibration用の線源のデータを別のRunで取ったり、 • ゲルマの single rateを変えてみたり、 • calibration pointを変えてみたり、 • S/N比を変えてみたり • ・・・

  14. Exercise 2 • e+e-対消滅511 keVγ線の位置と幅を測定する。 • 物質によってシフトや幅が異なる（物性研究に使われている） • 例えば、68Ge／Gaからのe+ビームが使える。 • 適当なターゲットに止めて測定。 • 物質による違いがわかるか？文献値が再現できるか？ • 簡易版：22Naソースを使う。 • 物性研究をやっている研究室でcalibrateしてもらってそれがどれだけ再現できるか見る。 • あるいは文献からデータを取ってこれるか？

  15. トリガー • E373：　1.1×104個のK-に対し75の1st level トリガー • この実験では15000/spill • ほとんどは（K-,p）反応によるもの • E373には 1st level で p をIDするためのカウンターはない。 • Rejection factor > 10 のトリガーが必要。 • Cherenkov カウンターなら、n=1.1程度（threshold: K 1.1 GeV/c, p 2.05 GeV/c） • そんな物質は？　→　液体（重）水素しかない。 • 屈折率の高い aerogel は作れるか？重元素を混ぜる？ • 他のトリガーは作れるかRing patternをlookup tableで見る？

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