新造散乱電子スペクトロメータを用いた次世代(e,e`K+)Λハイパー核分光

新造散乱電子スペクトロメータを用いた
次世代(e,e‘K+)Λハイパー核分光
-JLab E05-115実験Outline
•
次世代(e,e’K+)実験の目的
•
•
HESの特長
現在の状況
東北大学理学研究科
川間大介
熱海研究会 2006/12/14
JLab E05-115 Collaborators in proposal
87 people from 19 institutes
Dept. of Phys. Tohoku Univ.
D.Kawama, Y. Fujii, O. Hashimoto, H. Kanda, M. Kaneta, K. Maeda, N. Maruyama, A. Matsumura,
S.N. Nakamura, K. Nonaka, Y. Okayasu, M. Sumihama, H. Tamura, K. Tsukada, Y. Miyagi
Dept. of Phys. Hampton Univ.
O.K. Baker, L. Cole, M. Christy, P. Gueye, C. Jayalath, C. Keppel, S. Malace, E.K. Segbefia, L. Tang, V. Tvaskis, L. Yuan
Dept. of Phys. Florida International Univ.
A. Acha, W. Boeglin, L. Kramer, P. Markowitz, N. Perez, B. Raue, J. Reinhold, R. Rivera
Dept. of Phys. Yamagata Univ.
S. Kato
Institute of Particle and Nuclear Physics High Energy Accel. Res. Org. (KEK)
H. Noumi, Y. Sato, T. Takahashi
Laboratory of Phys. Osaka Electro-Comm. Univ.
T. Motoba
Dept. of Phys. Univ. of Houston
Ed. V. Hungerford, K.J. Lan, Y. Li, N. Elhayari, S. Randeniya, N. Klantrains
Thomas Jefferson National Accel. Facility
P. Bosted, R. Carlini, V. Dharmawardane, R. Ent, H. Fenker, D. Gaskell, M. Jones, D. Mack, J. Roche, G. Smith, W. Vulcan, S. Wood, C. Yan
Yerevan Physics Institute
Dept. of Phys. James Madison Univ.
R. Asaturyan, H. Mkrtchyan, A. Margaryan, S. Stepanyan, V. Tadevosyan
G. Niculescu, M.-I. Niculescu
Dept. of Phys. Univ. of North Carolina at Wilmington
Nuclear Physics InstituteLanzhou Univ.
L. Gan
X. Chen, B. Hu, S. Hu, Y. Song, W. Luo, B. Wang
Dept. of Phys. Duke Univ.
Dept. of Physics / Applied Phys. Univ. of Zagreb
M.W. Ahmed
D. Androic, M. Furic, T. Petkovic, M. Planinic, T. Seva
Dept. of Phys. Univ. of Maryland
Dept. of Phys. North Carolina A&T State Univ.
F. Benmokhtar, T. Horn
Dept. of Phys. Southern Univ. at New Orleans
A. Ahmidouch, S. Danagoulian, A. Gasparian
M. Elaasar
Dept. of Phys. Louisiana Tech Univ.
Phys. and Astro. Dept. California State Univ.
N. Simicevic, S. Wells
Ed F. Gibson
D.Kawama
熱海研究会 2006/12/14
主なCollaboratorの皆さん
The Spokespersons
藤井優
橋本治
J.Reinhold
L.Tang
中村“ぬえ”哲
岡安雄一
D.Kawama
松村彰彦
野中健一
河合正晴
熱海研究会 2006/12/14
(e,e’K+)反応によるΛハイパー核生
成
(e,e’K+)実験の利点
 大きい運動量移行→深い束縛状態の励起
 pをΛに変える反応→鏡像核・中性子過剰核の生成
 Spin-flip/non-flipの同率生成→スピン多重状態の生成
 CEBAFの高品質ビームによる高い分解能
(e,e’K+)実験の困難
 多大なバックグラウンド
•
•
散乱電子側：電子‐電子散乱、制動輻射
K中間子側：e+, π+, p
 ハイパー核生成断面積が小さい
 e’とK+のコインシデンス実験
Hall C
Hall A
D.Kawama
CEBAF鳥瞰図
Hall B
熱海研究会 2006/12/14
次世代実験の目的
軽量～中重核の広い質量数領域における
Λハイパー核精密分光
51V(e,e’K+)51
•
•
ΛTi
, 52Cr(e,e’K+)52ΛV
89
s,p,d 軌道のΛ束縛エネルギー
l=2,3 の軌道におけるLS Splitting
89Y(e,e’K+)89
•
ΛY
Spectrum via (π+, K+)
ΛSr
さらに重い核の精密分光
6,7Li(e,e’K+)6,7
•
ΛHe,
10,11B(e,e’K+)10,11
ΛBe
中性子過剰Λハイパー核の精密分光
Experimental requirement
•
•
•
高分解能 ( <400keV in FWHM )
高統計
バックグラウンドの除去
D.Kawama
H. Hotchi et al.,
Phys. Rev. C 64 (2001) 044302.
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JLabにおけるハイパー核分光実験の歴史
2000 1st experiment
• target : 12C
• HallC既設のスペクトロメータを使用
• 世界で初めて電子線によるΛハイパー核
分光実験に成功
初回実験時の問題点
• スペクトロメータによる分解能の限界
• 散乱電子側への大量のバックグラウンド
2004 E94-107 at JLab-HallA
2005 2nd experiment → 発表 : 松村
• Main target : 12C, 28Si
• K+側にHKSを新設
• 散乱電子側（Engeスペクトロメータ）に対
するTilt法
HKS
ENGE
K+
e’
Splitter
1.8GeV electron
~2008 3rd experiment
• Main target : 51V, 89Y
• Accepted as E05-115 in PAC28
• HKSおよび新設するHES
HKSの性能
運動量アクセプタンス
1.05-1.35[GeV/c]
運動量分解能
dp/p = 2×10-4
立体角（前回実験時）
D.Kawama
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15msr
次世代実験のセットアップ
HES
建設中（by TOKIN）
HKS
Target
1.0GeV e’
Splitter
1.2GeV K+
CEBAF 2.5GeV 電子線
D.Kawama
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HES建設のメリット① 大立体角
Engeスペクトロメータの立体角（~4msr）の2倍以上の立体角を実現
Solid Angle vs Momentum
VP Rate[/MeV/sec]
Integral
=2.15[/sec]
Condition : 51V target, 30uA, σ=100nb/sr
D.Kawama
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HES建設のメリット② 高い入射エネルギーに対応
2.5GeVの入射エネルギーに対応（これまでは1.8GeV）
Yieldへの影響
バックグラウンドのみが前方に集中
→Virtual Photon Yieldの大きい前方部分を
覆うことが可能に
D.Kawama
S/Nへの影響
S/Nを保ちながらYieldが増加
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HES建設のメリット③ 素直な光学的性質
HES・・・四重極＋四重極＋双極（QQD）
Engeスペクトロメータ・・・2つの双極磁石
光学的性質がより素直に







0.5-1.0GeV e’
HES
輸送行列
（スペクトロメータの光学的性質で決まる） Target
D.Kawama
1.2GeV K+
HKS
1000
 xf

 x't 
 
 x' f
 y 't   M 
yf
 

p 
 y'
 f
Splitter
2.0-2.5GeV e- Beam
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HESの建設によるYieldの増加
E89-009
E94-107 (HallA)
E01-011
E05-115
Configuration
SOS+ENGE
+Splitter
HRS+HRS
+Septum
HKS+ENGE
+Splitter
HKS+HES
+New splitter
Beam intensity (mA)
on 12C
0.66
100
24
30-100
thickness (mg/cm2)
22
100
100
100
Hypernuclear yield
(12LBgr : /hr)
0.5
4
8(-20)
(> 30-100)
Resolution (keV)
750
650
<750
(3-400)
Beam energy (GeV)
1.7-1.8
4
1.8
2.0 - 2.5
pK (central : GeV)
1.2
2.0
1.2
1.2
pe (central: GeV )
0.3
1.8
0.3
0.6 – 1.0
qK (degree)
0-7
6
1-13
1-13
qe (degree)
0
6
4.5
3-10 *
D.Kawama
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History of our
12
ΛB
Spectrum improvement
1st Experiment (E89-009)
292hr
0.66uA
3rd Experiment (E05-115)
count
simulation
24hr
30uA
2nd Experiment (E01-001)
90hr
~20uA
Excitation Energy(MeV)
D.Kawama
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新設する検出器（HES側）
ドリフトチェンバー、ホドスコープを使用
HESの新設に伴ってサイズを変更？
height [cm]
89.2%
±6cm
91.2%
±10cm
旧DCのサイズ
Distance from D Magnet [cm]
D.Kawama
前回実験時のDC+バックアップ（ストロー
か？）
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新設する検出器（HKS側）
HKS側検出器（前回実験時）
TOF（3面）+WC（Proton rejection）+AC（Pion rejection）+DC
問題点・・・TOF分解能の悪さ、WCのGain低下
→π, K 除去能率の低下（~95%）
改善方法
TOF・・・原因はおそらく回路とSoft Photonなどの
バックグラウンド。回路調整及びバックグラウンド
除去を行う。
場合によってはTOFの距離を離すか、もう1面追
加。
WC
① Lucite Cherencovを入れる。ただしn=1.5くらいで、あまり除去率は良くない。
② 新型チェレンコフの検討（→14日午前発表：河合）
③ WCそのものの改良 (磁場対策、反射材、・・・)
D.Kawama
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Summary & Future
• 我々は次世代(e,e’K+)ハイパー核分光実験のための準備をしており、
散乱電子側に新型スペクトロメータを建設中である。
• 新型スペクトロメータを用いると様々なメリットがあり、特にYieldが最
大で前回実験時の10倍近くなる。
• 現在は検出器の設計をしており、HES側にはドリフトチェンバーとホ
ドスコープ、HKS側ではTOFカウンターとチェレンコフカウンターの改
善を計画している。
今後の予定
2007年度
HES完成→JLabに輸送
新検出器のテストをJlabで行う
2008年度～本実験・解析
D.Kawama
熱海研究会 2006/12/14
ばっくあっぷ
D.Kawama
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Incident Beam Energy vs
Recoil momentum
Spin flip/non-flip
cross section
D.Kawama
γ* cross section
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(e,e’K+)反応を用いる際の困難
多大なバックグラウンド
散乱電子側：電子‐電子散乱、制動輻射
K中間子側：e+, π+, p
Inflight(K-,p) BNL, CERN
mb/sr
ハイパー核生成断面積が小さ
い
Stopped (K-,p)
(p+,K＋)
mb/sr
JLab
e’とK+のコインシデンス実験
(e,e’K+)
(g,K＋)
nb/sr
(p,K＋)
0
D.Kawama
KEK, BNL
500
1000
Momentum transfer (MeV/c)
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FP resolution vs Momentum resolution
Central Momentum = 0.967GeV/c,
w/o & w/ Multiple Scattering ( Chamber Gas and Target )
Calculated by 10th order Matrix
momentum resolution
resolution in σ
1.90E-04
vs. xf
1.70E-04
vs. yf
1.50E-04
1.30E-04
vs. xf, w/o
1.10E-04
9.00E-05
vs. yf, w/o
7.00E-05
0
D.Kawama
50
100
150
200
resolution(xf or yf) [um]
250
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300
HES Tracking for Detector Size (1)
*Plot is not only for mid plane, but for all available y value
Top View of HES Tracking
Distance from
D Magnet [cm]
magenta: abs(δ)<5%
blue: 5%<abs(δ)<10%
green: 10%<abs(δ)<15%
red: 15%<abs(δ)
D.Kawama
[cm]
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VP Rate, Solid Angle (1)
The interference of Q1 and Post Beam Line
(Pavel’s calculation)
Central Ray : x’=0mrad, y’=80mrad, P=0.967GeV/c
is about 15cm
Tilt Angle = 7.3deg
Yellow : Safer line
Cyan : danger line
Red : Post Beam Line
(Ein = 2.467GeV/c)
Purple : Post Beam Line
(Ein = 2.05GeV/c)
D.Kawama
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VP Rate, Solid Angle (3)
Case 2 : If we care about the interference
= Shift HES by 15cm (but not optimized)
VP Rate[/MeV/sec]
Integral
=0.69[/sec]
Condition : 51V target, 30uA
D.Kawama
熱海研究会 2006/12/14
D.Kawama
熱海研究会 2006/12/14

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