この補正(見積もり)が実験の鍵となる

21世紀COE QUESTS RA若手シンポジウム小柴ホール 2005.11.22
オルソポジトロニウムの寿命測定
による束縛系QEDの実験的検証
東大素粒子センター(ICEPP)
片岡洋介
束縛系QED
• 自由粒子のQED
– 高次の輻射補正の計算手法が確立されている
• 束縛系QED
– 高次の輻射補正の扱いが難しく、一般的な計算手法が
確立されていない
– 近年、NRQEDなどの計算手法が開発された
オルソポジトロニウムの寿命に関してO(α2)の補正が計
算されている
G.S.Adkins, R.N.Fell, and J.Sapirstein (2000)
オルソポジトロニウム
• ポジトロニウム e+e-の束縛系
– パラポジトロニウム(スピン1重項)
2γに崩壊、寿命125ps
– オルソポジトロニウム(スピン3重項)
3γに崩壊、寿命142ns
• オルソポジトロニウムは束縛系QEDのよいプローブ
– 寿命の直接測定が可能
– 純粋にレプトンの系、ハドロンの不定性がない
– O(α2)の計算例がある～200ppm
現在の状況
(α2)
• 東大、ミシガン大を中心に測定が
行われている
• 90年代にはオルソポジトロニウム
の寿命問題と呼ばれる計算値と
のずれが解決
• 現在の実験精度は約200ppm
– O(α)補正約2%
– O(α2)の補正約200ppm
• O(α2)の補正項を検証する実験を
立ち上げた～ 100ppm以下
寿命測定の方法
• β+線源 68Geのe+を用いる
薄いプラスチックシンチレータ
で挟みβ崩壊をトリガー
 スタート
線源周りセットアップ
½インチPMT
プラシン
(0.2mm)
• シリカエアロジェル(0.03g/cm3)
中でポジトロニウムの生成
68Ge
• 崩壊γ線をシンチレータ検出器
で検出
時間差を計る
 ストップ
e+
シリカエアロジェル
65mm
東大の測定手法
• Pick-off
– 物質と相互作用して対消滅(2γ)する現象
– 観測される寿命(3γ)は短くなる
– 0.03g/cm3の希薄なエアロジェルでも約2%
 この補正(見積もり)が実験の鍵となる
• Ge検出器によるγ線の
エネルギーの精密測定
– o-Ps 3γ(連続スペクトル)
– Pick-off 2γ(511keVピーク)
により直接pick-offの割合を測定
Energy spectrum
2γ(511keV)
o-Ps 3γ
simulation
data
セットアップ
• γ線検出器
YAPシンチレータ  o-Ps寿命測定
減衰時間30nsの高速シンチ
… 時間分解能の向上、パイルアップの抑制
Ge検出器  pick-offの測定
エネルギーの精密測定
真空容器
線源
トリガー用プラシン
シリカエアロジェル
YAPシンチレータ 3台
Ge検出器(同軸型) 3台
pick-off rate
• 測定されたpick-off の割合
– 約2%は物質と相互作用して対消滅
– 時間依存性が比較的大きい
o-Psの熱化の過程が見える
• このカーブをlife time
fittingに取り込むことで
正確に寿命が求まる
崩壊時間
time spectrum fitting
YAP time spectrum
Fitting 関数
prompt
3γ decay curve
Free parameter: λ3γ,N0,C
accidental
データ収集中
まとめ
• オルソポジトロニウムの寿命測定実験を新たに立ち上げた
 束縛系QED O(α2)の検証
• 高速シンチの導入などにより高統計なセットアップ
(以前の測定では統計エラーがメイン)
• データ収集開始
半年でエラーにして100ppmの統計

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