液体ヘリウム標的を用いた (in-flight K-, N)法による

液体ヘリウム標的を用いた
(in-flight K-, N)法による
K中間子原子核の探索
藤岡宏之
and
E549 group
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How to make kaonic nuclei?
• (Stopped K-, N)
• KEK-PS-E471/E549, FINUDA
• (In-flight K-, N)
• BNL-AGS E930/KEK-PS-E548
• (In-flight K-, π-)
• Quasi-free Σ region
• Cf. BNL-AGS E905
• (π, K+)
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4He(K-,
p)S0
(E471)
SPES-II
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4He(K-,
π-)K-pppn
(E471)
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Target choice
• BNL-AGS-E930 … 16O
• KEK-PS-E548 … 12C, 16O
• Stopped K-ではA=2, 3の少数系のデータ
• J-PARC … 3He, 4He, (CH2 for calibration?)
• 3He (K-, n) K-pp , 3He (K-, p) K-pn
• 4He (K-, n) K-ppn , 4He (K-, p) K-pnn
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Beam momentum
ビームパラメータ (野海さん, 豊田さん)
Pulse : 3.53 sec (flat top : 0.7 sec)
K1.8BR
(ppp)
K1.1
(ppp)
800MeV/c
0.27E6
0.46E6
850MeV/c
0.37E6
0.63E6
900MeV/c
0.49E6
0.83E6
950MeV/c
0.64E6
1.1E6
1000MeV/c
0.80E6
1.3E6
1050MeV/c
0.99E6
1.7E6
1100MeV/c
1.2E6
2.0E6
(K/π ratio)
(6.8)
(4.7)
素過程のcross section
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Experimental setup
Veto Counter
K-
from K1.8BR or K1.1
K- etc.
Start counter
neutron
Aerogel Cherenkov
(beam π veto)
proton
AC, LC, pTOF
D magnet
nTOF (E549 14×8)
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Experimental setup
K- from K1.8BR or K1.1
Start counter
neutron
15m
Aerogel Cherenkov
(beam π veto)
1.0 GeV/c
Missing-mass resolution
~20MeV/c2 (FWHM) nTOF (E549 14×8)
1.2 ~ 1.5 GeV/c
生成されるkaonic nucleiは後ろ向きに
300～400MeV/cの反跳を受ける。
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Backgrounds
• Elastic scattering, charge exchange reaction
• p(K-, p)K- , n(K-, n)K-, p(K-, n)K0, p(K-, K0L)n
• Quasi-free hyperon production
• p(K-, Λ)π0, n(K-, Λ)π-, N(K-, Σ)π
• Two-nucleon absorption ?
• K- + “pn” → Λ+n, Σ0+n, Σ-+p
• Other backgrounds are in unbound region.
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KN→KN
Quasi-free hyperon production
多分π?
signalが10μb/sr
の場合、このバッ
クグラウンドに対
して20ev程度。
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Background reduction
• Kaonic nucleiの崩壊に伴うhyperonの検出
• Hyperonは「ほぼ」等方的に放出される。
• Λ→p+π- : 2粒子を検出
• Σ→(n)+π : DCAの大きなπを検出
• Two-nucleon absorptionで超前方に核子が
放出されたときには、hyperonは後方に行
きCDSには入らない。
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Λ distribution (signal)
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Λ distribution (background)
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Cylindrical Detector System
•
•
•
•
Cylindrical Drift Chamber
一番外側のhodoscopeでtrigger, PID
(中性子、γ線の検出?)
中心から75mmまでは標的システムが入る。
• 側面はなるべく物質量が少なくなるように
• 200MeV/c 以上のproton,
60MeV/c 以上のpionが外に到達できる
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Momentum resolution of CDC
福田CDS
NEW CDS
proton
pion
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NEW CDS
• High momentumの陽子の分解能は、L2, B
に逆比例する
• 福田CDS L=18.3cm  L=30cm
• 15cm + 30cm×2 + α (hodoscope, Z-chamber etc.)
• 12 layers (11 layers)  15 layers or more?
• 今度はmultiple scatteringの影響が無視で
きなくなってくるので、radiation lengthの大
きなchamber gasを。
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9800
2000
200
20
Λ acceptance
• 陽子のthresholdがΛ
のthresholdを決めて
いる。
• 300MeV/c以上でほぼ
constantになる。
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Resolution of Λ mass / momentum
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Comparison between
福田CDS and NEW CDS
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Λ coincidence / Λp coincidence
(K-, n)
(K-, p)
K-pp
0+ p
→
Λ+
p,
Σ
3He
→ Σ+ + n
K-pn
→ Λ + n, Σ0 + n
→ Σ- + p
K-ppn (S+)
0+p+n
→
Λ+p+n,
Σ
4He
→ Σ+ +n+n
→ Σ- +p+p
K-pnn (S0)
→ Λ+n+n, Σ0+n+n
→ Σ- +p+n
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π+ from Σ+ decay
Σ+
π+
実際の崩壊点のDCA
Vertexからのπ(200MeV/c)
400MeV/c Σからのπ
φ方向の分解能 (σ=1.2deg) が十分でないために、
vertex起因かsecondaryかを区別するのは困難である。
Lを大きくすることで
改善の可能性。
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Cross section?
• 比連崎グループ: 12C以上の核のみ
J. Yamagata et al., Prog. Theor. Phys. 114 (2005) 301
A. Ciepl´y et al., Nucl. Phys. A 696 (2001), 173.
T. Kishimoto, Phys. Rev. Lett. 83 (1999), 4701.
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J. Yamagata et al., nucl-th/0602021
J. Yamagata et al., Prog. Theor. Phys. 114 (2005) 301
Energy-independent potential
Energy-dependent potential
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Yield estimation
• とりあえず10μb/srのcross sectionを仮定。
• ΛもしくはΣ0を含む崩壊モードは全体の1/3
以上の分岐比になる。
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Yield estimation (K-pp)
• neutron detection : 300ev/day
• もしも全体の1/3がΛ+p or Σ0+pに壊れたら
• + Λ coincidence (CDS) : 30ev/day
• + Λp coincidence (CDS) : 20ev/day
• さらに
tracking eff., DAQ eff., analysis eff. etc.
• 最低でも各標的で100shiftsは必要。
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neutron
neutron+Λ
neutron+Λ+proton
K-pp mass [MeV/c2]
neutron
neutron+Λ
neutron+
Λ+proton
K-pp mass [MeV/c2]
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invariant mass
invariant mass
missing mass
missing mass
終状態 (n, Λ, p)が
すべて検出される
Σ0からのγがmissing
CDSの分解能が良ければ区別できそう
崩壊分岐比の決定
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Case for 4He
K-ppn mass [MeV/c2]
K-ppn mass [MeV/c2]
これは福田CDSのgeometryでの計算。
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Physics motivation
• Check of E471/E549 and FINUDA results
with different reactions
• Cross section
• Decay branching ratio
• non-mesonic decay Λ, Σ0, Σ±
• mesonic decay Λπ?
• Momentum correlation in 3-body decay
• size, density (P. Kienle)
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Summary
• 液体ヘリウム3, 4標的で1.0GeV/cのbeam
を用いて(K-, N)反応でkaonic nucleiを探す。
• S/Nを上げるためにCDSでkaonic nucleiの
崩壊に起因するΛなどを直接捕まえる。
• armの長いCDSを作ることで運動量分解能
（おそらく角度分解能も）の大幅な向上を目
指す。
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