伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 宇宙線と原子核ハドロンの狭間 ～ニュートリノ、そして超前方散乱～ 伊藤好孝 （名古屋大学太陽地球環境研究所） 研究会「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 平成２２年５月２２日（土）京都テルサ 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 宇宙線と原子核・ハドロン 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 小田稔「宇宙線」 1960年第１版、1972年改訂 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 “超高エネルギー“現象 • 「宇宙線研究の歴史を振り返ってみると、い つもその時点で人工加速器によりは高いエネ ルギー領域に、実験室で得られるのとは異質 の“もっと”基本的と考えられる素粒子の性質 が求められてきた。（中略）一方、109~1010eV 以上の宇宙線と物質の相互作用に見られた 中間子の多重発生が核子の基本的な性質に 関係の現象として捉えられ、超高エネルギー 現象と呼ばれて宇宙線研究の大きな流れに なったのである。」 （小田稔 「宇宙線」） 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 Energy spectrum of UHE cosmic rays Flux * E3 LHC 7+7TeV 2ndKNEE?? KNEE 1014 eV GZK cut off p E = 10 20 eV 1016 eV γ π＋ μ＋ n ANKLE 1020 eV 1018 eV ν e＋ GZK γ p E~ 0.8 x 10 20 eV 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 Model uncertainty in hadron interactions at UHE Air shower observation Air Florescence telescope (FD) Shower max height Sensitive to composition Floresense detectors EM component (most of energy) Scintillation lights Shower directions Shower max height Surface Detectors (SD) Number of particles Arrival timing Muon or EM component ( at given altitude) 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 ハドロン物理から宇宙線・宇宙物理へのインパクト • 最高エネルギー宇宙線 – 陽子 – ＧＺＫでカットオフ – 重原子核 – 加速限界 or photo disintegration でカットオフ • 到来方向（銀河磁場に対して 直進するなら>1019eV陽子） 粒子数 スペクトル 断面積 etc. 「陽子と思えるんだが、 鉄っぽいデータはどうしたものか…」 「大気蛍光と地表検出器でエネルギーも合ってない」 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 Energy scale issue; GZK cut off feature in AGASA, HiRes and AUGER （2007 summer） Energy scaling by +-25% HiRes AGASA AUGER c.f. Energy scale was determined by fluorescence detector J. Bluemer @ICRR, Mar. 2008 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 ① Inelastic cross section Shower max height Sensitive to composition If large s rapid development If small s deep penetrating ② Forward energy spectrum (or Inelasticity k ) If large k rapid development If small k deep penetrating Need both ① and ② LHCｆ is dedicated to ② ① will be give by Roman Pod at LHC 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 The LHCf experiment IP1 Compact calorimeter 96mm 140m 140m 96mm ATLAS LHCf 140m 衝突点 TAN TAN absorber 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 LHCf: location and detector layout Detector I Tungsten Scintillator Scintillating fibers Detector II Tungsten Scintillator Silicon mstrips INTERACTION POINT IP1 (ATLAS) 140 m 140 m Beam line 44X0, 1.6 lint Arm#1 Detector 20mmx20mm+40mmx40mm 4 SciFi tracking layers Arm#2 Detector 25mmx25mm+32mmx32mm 4 Silicon strip tracking layers 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 The p0 peak at 7TeV Silicon layer s :6.7MeV Arm1 7TeV Scintillator layers Tower 32mm 25mm Silicon layer Scintillator layers Arm1 7TeV Arm2 event display 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 “Very” preliminary spectra from 900GeV runs in 2009 Normalized by gamma-like entry MC(QGSJET2) Data Sys.+Sta. • Reasonable agreement with MC • Conservative systematic error for energy scale +10% -4% assigned • Checking detector response for hadron showers by SPS 350,150GeV p data Adding May 900GeV runs, 100K showers now (Dec09 x15) ! 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 Very forward – connection to low-x physics Low-x Very forward high-x 陽子 Ｐ 陽子 Ｐ 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 まとめ • 宇宙線はなにか新しい物理のヒントをくれるこ とがある。 • 宇宙線の研究には原子核ハドロンの正確な 知識が不可欠。特に超前方 • ＬＨＣで超前方測定を行うＬＨＣｆ実験を行って いる。データ取得はもうすぐ完了 • この超前方データがハドロン物理にもどのよ うなインパクトがあるのか考えて行きたい 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 The LHCf Collaboration Y.Itow, K.Kawade, T.Mase, K.Masuda, Y.Matsubara, G.Mitsuka, T.Sako, K.Taki Solar-Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University, Japan K.Yoshida Shibaura Institute of Technology, Japan K.Kasahara, M.Nakai, S.Torii Waseda University, Japan T.Tamura Kanagawa University, Japan Y.Muraki Konan University, Japan Y.Shimizu ICRR, University of Tokyo,Japan M.Haguenauer Ecole Polytechnique, France W.C.Turner LBNL, Berkeley, USA O.Adriani, L.Bonechi, M.Bongi, R.D’Alessandro, M.Grandi, H.Menjo, P.Papini, S.Ricciarini, G.Castellini, A. Viciani INFN, Univ. di Firenze, Italy A.Tricomi INFN, Univ. di Catania, Italy J.Velasco, A.Faus IFIC, Centro Mixto CSIC-UVEG, Spain D.Macina, A-L.Perrot CERN, Switzerland 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 LHCf calorimeters Arm#1 Detector Arm#2 Detector 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 @ 22 May 2010, 京都テルサ
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