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。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）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3 54 65 76 87 98 109 F(9) Cl(17) Co(27)? Y(39)? I(53) Ho(67)? Pb(82) 131 223 314? 394? 475 518? 558 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。 – 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 keV X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％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。 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？問題点 ① Ξの収量が少ない – ターゲットが重すぎる。 ② 意外に鉛はstopping power が小さい。 – 長さ当たりでは、ほぼ鉄と一緒。 ③ 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） ④ 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。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？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。 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。 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) 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 – ・・・ 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？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？