スライド 1

Geant4によるE31のSimulationと
陽子検出用の設計
J-PARC E31 collaboration
榎本瞬,石橋直哉,井上謙太郎,川崎新吾,阪口篤志,吉田幸太郎,味村周平A,野海博之A,飯尾雅実B，
板橋健太B，岩崎雅彦B,應田治彦B,大西宏明B,佐久間史典B,友野大B,塚田暁B,山崎敏光B,石元茂C,岩
井正明C,鈴木祥仁C,関本美知子C,豊田晃久C,石川隆D,佐藤将春D,鈴木隆敏D,施赫將D,竜野秀行D,橋本
直D,早野龍五D,藤原裕也D,松田恭幸E,康寛史F,徳田真F,福田芳之F,佐田優太G,永江知文G,平岩聡彦G,
藤岡宏之G,福田共和H,溝井浩H,D.FasoI,O.MorraI,M.BragadireanuJ,C.CurceanuJ,C.GuaraldoJ,M.IliescuJ,
岡田信二J,D.PietreanuJ,D.SirghiJ,F.SirghiJ,P.BehlerK,M.CargnelliK,石渡智一K,J.MartonK,
鈴木謙K,E.WidmannK,J.ZmeskalK,H.BhangL,S.ChoiL,H.YimL,P.KienleM,L.BussoN,G.Beer
阪大理，阪大RCNPA，理研B，KEKC，東大理D，東大教養E，東工大理F，京大理G，大阪電通大H，INFNTorinoI，INFN-LNFJ，SMIK，ソウル国立大L，ミュンヘン工大M，Torino大N，Victoria大O
大阪大学理学研究科井上謙太郎
2010/12/03 @KEK ストレンジネス研究会
Λ(1405)
I=1
• Λ(1405):JP=1/2-,I=0,S=-1
I=0
Λ(1520),3/2-
∑*(1385),3/2+
Λ(1405),1/2-
KN(1432)
-27MeV
KbarNの強い束縛状態
or
∑(1192),1/2+
Λ(1116),1/2+
KbarN(1426-16i)とπ∑(1390-66i)の
重ね合わせ
KbarN束縛状態について知りたい。
→ KbarNの閾値以下での反応実験d(K-,n)を行う。
（KbarN結合を強く反映した実験）
2
π
Y*
p
n
d
KN :1432MeV
1420MeV/c2?
∑
K
t
1405MeV/c2?
n
Kd(K-,n)反応・・ KN直接反応できる。
（自由空間では反応できない）
Σ*(1385)
P-wave
I=1
S-wave
?
Λ*(1405)
I=0,1
Non-resonant
I=1
Y*(mass)
S-wave,I=0 →Λ*(1405)→π0∑0,π∑+ ,π+∑S-wave,I=1 →non-resonant(NR)
P-wave,I=1 →∑*(1385) → π0Λ,π-∑+ ,π+∑3
Neutron
Counter
TOF
ΔT〜150ps
J-PARC E31実験
崩壊粒子
検出器系
(CDS)
Kaon〜1GeV/c
Λ*
Target (D)
Neutron 〜1.3GeV/c
〜15m
質量欠損法でΛ(1405)のスペクトルを測定する



2
MM

(
P

P

P
)

(
1405
)
K
d
n
崩壊モードは崩壊粒子検出器系で同定する
Λ(1405)崩壊モード
• Λ(1405) → Σ-π+ → (π- n )π+
• Λ(1405) → Σ+π- → (π+ n )π→ (p π0)π• Λ(1405) → Σ0π0→(Λγ)π0 →(pπ-)γπ0
Proton検出用Detectorの導入
崩壊粒子検出器系
Solenoid magnet
CDH( Cylindrical Detector Hodoscpe
CDC( Cylindrical Drift Chamber)
ZVC( Z Vertex Chamber)
Z軸
Target
Σ- π+(Σ+ π-)モード
Solenoid magnet
CDH
π+ CDH & CDS
CDC
π- CDH & CDS
ZVC
K- 1GeV/c
Target
To NC
Σ0 π0モード
Solenoid magnet
CDH
BPD
K- 1GeV/c
- CDH & CDS
π
後方散乱陽子
TOFで運動量を決定
CDC
時間:BPD
Tracking:BPC
ZVC
BPC
Proton BPD & BPD
Target
To NC
π0 Not Detect
BPC&BPDの目的(1)
モードの特定
(Σ* → Λπ-0 → (p π-)π0)
Λ* → Σ+π- → (p π0)πΛ* → Σ0π0 → (Λγ)π0 →(pπ-)γπ0
Σ*→ Λπ0
p、π-不変質量
Y*,p,π-欠損質量
Λ
π0
π0
Λ*→ Σ+π-
Λ*→ Σ0π0
Λ
π0γ
BPC&BPDの目的(2)
Proton
π-
ZVC
Λ
KBPC
d(K-、n)反応点の特定
-よりΛの運動量を求める
Pとπ
広い有感面積を持ちつつ
-により反応点を同定
ΛとK
Targetになるべく近づけたい
→中性子のTOF測定に影響
→Λ(1405)の質量分解能に影響
Neutron
BPCの設計
基盤
117
168
ASD
有感領域 115.2mm 外径 168mm (ZVC内径170mm
ワイヤー間隔3.6mm 一面15ch
XX’,YY’,XX’,YY’の8面
まとめと今後
• J-PARC E31実験に向け陽子飛跡検出器を
設計し、製作中である
• シミュレーションにより十分な立体角があること
崩壊モードの同定ができることを確認中である
• 2011年秋にエンジニアリングランを目指す
Back up
D(K-,n)π+∑- (PK=800MeV/c)
Λ*
J.Yamagata-Sekihara,
T.Sekihara,and D.Jido,
paper in preparation
14
Geant4 Simulation
Σ0π0→(pπ-)γπ0
π-
π-
π0→２γ
Λ
Σ+π-→(pπ0)π-
Proton
γ
π0→２γ
Proton
Geant4 Acceptance
• Λ(1405)の質量による崩壊モードの Acceptance
3500
3000
/1000
2500
2000
1500
Σ-π+
Preliminary
Σ+π-→π+π-
1000
Σ+π-→pπ-
500
0
1330
Σ0π0→pπ-
1380
1430
Λ(1405) mass
1480
• クレプシューゴルダン係数から
• |2 0>=√1/6π-Σ+ √2/3π0Σ0 √1/6π+Σ• |1 0>=-√1/2π-Σ+ 0
√1/2π+Σ• |0 0>=√1/2π-Σ+ -√2/3π0Σ0 √1/3π+Σ-
• I=1からπ0Σ0に崩壊することはない。
• Σ(1385)[I=1]→Σ0π0へは×。
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BPD(MPPC)
p
Z-TPC
K-
target
BLC
K-
BPC
Λ
p
Idea(5*10*350mm3×35 segment)
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ビームテスト(@J-PARCK1.8BR)
Plastic(MPPC-100C)
Gas
Plastic(T0)
(trigger)
MPPC-50
Plastic
(MPPC-50C)
Cherenkov
counter
MPPC-100
約2m(MPPC-T0)
Trigger: electron
Beam:-0.75GeV/c
MPPC-50
(T0-PD)
σ=246.4ps
・minimum ionization
・本実験に近いセットアップ。
→飛行距離(約２m)
→同じトリガー
陽子検出器として性能があることを確認。実機製作を行う。
Meantime[ns]
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実機の時間分解能測定
• Sr-90線源を用いて２本
の実機をクロスして時
間分解能を測定
Slewing補正後
σ=288.4[ps]
(σ検出器)=(σ測定値)/√2
σ=203.9ps
検出器の２本の差(T1-T2[ns])
20

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