KOPIO: A Search for Kp0nn 内容 – KOPIO実験について – ２００４年度活動報告 • KOPIO全体 • 日本グループ – Catcher – Eyepipe Charged Veto – ２００５年度以降計画 • ２００５年度開発予定項目 • 長期計画ダイジェスト – まとめ February 1, 2005 京都大学 笹尾 登、野村 正、 新スタッフ（17年度着任）、 院生４名 京都教育大学 高嶋 隆一 KEK素核研 杉本章二郎、小林 誠、谷口 敬 Yale University M. Zeller （米国側代表者）, G. Atoian BNL L. Littenberg, D. Jaffe, G. Redlinger, M. Sivertz Stony Brook University M. Marx, D. Schamberger Virginia Polytech. Inst M. Blecher 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 1 KOPIO実験概要 – 標準模型とＣＰ非保存 – • KLp0nn過程の特徴 – 理論的不定性が小さい(＜1％） – ＣＰ非保存を特徴付けるJarlskog 不変量に比例 – 荷電モードと合わせ、ユニタリ三角 形を決定 – Ｂファクトリーと相補的な情報 – 単独実験としてＬＨＣＢと同程度の 「h」決定精度 February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 2 KOPIO実験概要 － KOPIOの戦略 － • 信号 KLp0nn : p0だけで他に何もない • バックグランド源 – 中性モード：KLp0p0 （崩壊した光子のうち2つを失う） – 荷電モード：KLp+p-p0, peng （荷電粒子を失う） 陽子ビームに対して時間構造 を持たせＴＯＦ測定を行う 光子・荷電粒子VETOで 崩壊領域を完全に覆う 余分な粒子がない事 を保証する KLの運動量が決定できる 信号光子の時 間、エネルギー、 角度、位置を 測定する バーテックス、 p0不変質量 を再構成でき る KLの静止系で 運動学的カット ができる February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 3 KOPIO Apparatus – CG with High-lights– Beam g veto Shashlyk calorimeter Eye-pipe charged veto （ビームパイプ内壁部分） Decay region February 1, 2005 2X0 Preradiator 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 4 Sensitivity と S/N 比 • ４０信号イベント • 陽子強度 100 TP / pulse × 12000 hours • S/N比 ２ • 予想されるバックグラウンドの内訳 – Kp0p0 13 – Kp0p+p1 – Kp-e+ng 4 • 感度、S/N比は現在、 再最適化をおこなっている – バレルカウンターもアクセプタンスに含める – S/Nを下げてイベント数を増し、Likelihood法でBRを求める （200イベント、S/N=0.3 → D(BR)=12%、D(h)=6%、など) February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 5 日本グループ担当箇所 • Beam Catcher （全面的に担当） – 最下流の中性ビーム中の光子Veto • 横3.6～6ｍ（ビームの拡がりに応じ て増す）、高さ３０ｃｍ • 中性子の数が多い – ３００個/microbunch (>830 MeV) – 検出すべき光子 • 比較的高いエネルギー（>300MeV） に集中 (運動学的カットのおかげ） – 性能要求 • • • • • Eye-pipe Charged Veto （デザイン、パート試験を担当） – 真空槽内で荷電粒子を検出 • p+ <10-5 • p- <10-4 – プリラディエータ、カロリメータ のビーム側内層をカバー （ビームパイプに沿う形） – シンチ＋波長変換ファイバー ＋高量子効率PMT >99% for 300 MeV photon <3x10-3 for 830 MeV neutron 時間分解能 1 nsec 2信号分離能力 3 nsec February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 6 日本グループ担当箇所 – 物理結果に対するインパクト – Catcherの捕らえるべきPhoton Eye-pipe Vetoの捕らえるべき粒子 （他の光子のVeto、運動学的カット後） （他の粒子のVeto、運動学的カット後） Catcherがなければ… 信号40イベントに対し BG 57イベントが残る Eye-pipe Vetoのinefficiencyを 10-5 (p+)、3x10-4(p-)に抑えられてはじめて、 この領域のBGを1.5イベントまで抑えられる February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 7 Beam Catcher – Design Principle – – 重い粒子では検出されないように • エアロジェルチェレンコフ輻射 – 崩壊槽方向からの光子だけ見る • 分散型でコイシデンス要求 モジュール 鉛シート 5インチ PMT 集光ファネル チェレンコフ光 モジュール・アレイ 光子イベントの例（MC） エアロジェル 平面反射鏡 g ビーム方向にコインシデンスヒットを要求する red: e+/e-, blue: photon February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 8 Eye-pipe Charged Veto • カロリメータとプレラ ディエータの内層を カバー • ビームパイプに沿っ た領域 • 真空中に導入する カロリメータ 崩壊槽 Eye-pipe Charged Veto プレラディエータ February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 9 2004年度の活動 – collaboration 全体 – • TDRデザインに基づく R&D – AGSマイクロバンチ試験 – プレラディエータ、カロリ メータなどのプロトタイプ – 波形記録回路の試作 • CDRとしてのとりまとめ – 検出器各パートのR&D まとめ – 実験感度、 S/N比の再 最適化 • 予算獲得の動向 RSVP（KOPIOとMECOのジョイントプロジェクト） – NSF-MREプログラムの一つとして推進さ れている – 大統領予算教書に組み込まれた (2004年2月) – 米議会でRSVP建設予算が承認された 米国2005年度予算より正式発足 (2004年11月) • RSVP全体で15Mドル （cf. 初年度要求額は30Mドル） – ベースライン設計 February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 10 建設予算の獲得 – 米２００５年度 – • “…; and $15,000,000 for the Rare Symmetry Violating Processes Program.” – In NSF / Major Research Equipment and Facilities Construction section, Conference Report on H.R. 4818, Consolidated Appropriations Act, 2005 米議会の議事録（抄）より February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 11 2004年度の活動 – 日本グループ – • Beam Catcher • Eye-pipe Charged Veto – 実機”Base design”の確立 • モジュール • 実機配置ジオメトリ • ガードカウンターの導入 – 品質測定システムの構築 （量産時の準備） • エアロジェル透過率 • チェレンコフ発光量 – 簡易ベータビーム February 1, 2005 – Hi QE PMT基本性能測定 （GaAsP光電面） • 相対量子効率 より多くの光量が必要 • リニアリティー 広いダイナミックレンジ • カウントレート耐性 ビーム近傍に設置するため – シンチレータ＋波長変換ファイ バー＋Hi QE PMT系での総合 光量評価 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 12 Catcherベースデザイン – 概観 – Aerogel Catcher Guard counter 144 modules of Pb-Acrylic sandwich 420 modules of Pb-Aerogel counter February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 13 Base Designに基づくSimulation Study – 光子検出効率、中性子感度 – Y入射位置ごとの光子検出効率 (Eg=300MeV) エネルギーごとの中性子感度 (ビームコア全面の平均) 0.3% @ 0.8GeV Guard Counter February 1, 2005 Aerogel Catcher Guard Counter 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 14 エアロジェル性能評価システム – 透過率 – • 透過率はCatcherの性能を大きく左右する 実サンプルの透過率を保証する必要がある 透過光の測定 イメージマップを作成 小角度散乱を確認できる 透過率測定結果 エアロジェル 10cm角サンプル 5枚重ねまで測定可 黒：データ 赤：fitting 結果 （レイリー散乱を仮定) 光源（LED） UVから赤まで5色のLED 波長依存性を測定できる February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 15 エアロジェル性能評価システム – チェレンコフ発光量 – • ビームより簡易に、宇宙線より迅速に！ テーブルトップ・単色ベータビームを開発 光量測定結果 2段ソレノイド・スペクトロメータ 106Ru そのまま 1.5MeV,DE=10% 2.5MeV,DE=6% 光量のエネルギー依存を 迅速に測定可能 February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 黒：データ、赤：MC 16 荷電粒子Veto開発 – Hi QE PMT基本性能 – • GaAsP光電面PMT （高量子効率PMT） » WLSF読み出しに適した性能 » 有感領域 直径5mm » 高レート耐性向きのダイノード構造 量子効率 (相対効率測定より算出） 感度マップ レート耐性 期待される光量 光量100 p.e. 1MHzまでOK 緑色光で30-40% WLSFの発光波長 フォーカシング・メッシュでの 効率低下が見えている February 1, 2005 光量1000 p.e. 200kHzまで 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 17 2005年度の計画 – 日本グループ – • Beam Catcher – プロトタイプ・アレイ（実機として使用可なもの）の製作と性能評価 • 光学系の実機でのテスト • 効率の入射位置依存性 – 高レート耐性PMTベースの開発 – 波形記録型ADCによる二信号弁別手法の確立（国際共同） • Eye-pipe Charged Veto – プロトタイプ 3mmt シンチ + WLSF + Hi QE PMT • 実機サイズ： 長さ 2m、ファイバーによる引き回し 4m • 中性ビームラインサーベイ用カウンター – 光子測定 → Beam Catcherと同じ原理 – ビームモニターの候補（マイクロバンチ幅のクイックモニター） February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 18 スケジュール – ダイジェスト – H17 H18 H19 H20 H21 H22 建設予 算開始 ビームラ イン完了 エンジニアリング ラン／物理ラン KOPIO 全体 ビームライン建設 検出器量産 検出器インストール ビームラインテスト 検出器実地テスト・ 調整 初期 物理 ラン 日本G プロトタイプ 量産 アレイ（小規 (1)PMT 模量産試験） (2)鏡・エアロジェル (3)Waveform Digitizer (Catcher) February 1, 2005 フル検出器 による物理 ラン インスト 較正・解析 ール 実地テス ト 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 19 まとめ1 2004年度報告 • RSVP建設予算が米議会により承認された – RSVP = KOPIOとMECOのジョイントプロジェクト – 初年度（米2005年度） はRSVP全体で15M$ • 日本グループは計画通り、開発を進めている – Catcher のベースデザイン、各要素の性能評価システム • 量産へ向けての準備を整えつつある – Eye-pipe Charged Veto用光検出器の評価 • PMTの相対量子効率、リニアリティ、レート耐性の測定システム February 1, 2005 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 20 まとめ2 2005年度（及びそれ以降）申請 • 2005年度 – Catcher 最終プロトタイプ – Eye-pipe Charged Veto 試験用プロトタイプ – ビームサーベイ用検出器 （ビームライン建設に備える） • 2006年度以降 – 量産(2006-8) – インストール(2008-9) – 物理ラン(2009-) February 1, 2005 申請額はBeam Catcher建設を遂行する ために必要最低限の値（予備なし） 日米研究計画委員会・ヒアリング資料 笹尾 登（京大） 21
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