第三世代 ( e,e'k + ) ハイパー原子核分光実験 jlab e05-115 の準備状況

第三世代 (e,e'K+) ハイパー原子核分光実験 JLab E05-115 の準備状況

東北大学　理学研究科原子核物理研究室

後神利志

2009 年　日本物理学会年次大会

12009 　年日本物理学会年次　　大会T.Gogami

(e,e’K+) 反応の性質

運動量移行が大きい　　　　 (～ 400MeV/c)• 深い束縛状態のハイパー核の測定

PをΛに変換• (π+,K+) 反応で生成されるハイパー核

の鏡像核　　　 12

ΛB 12ΛC ((π+,K+) 反応 )

• 中性子過剰ハイパー核

Spin-flip/nonflip 状態の生成

22009 　　　年日本物理学会春大会T.Gogami

JLab-Hall C における (e,e’K+) ハイパー核分光実験の特徴

良質の一次電子ビーム• 高いエネルギー分解能( ~400[keV](FWHM) )

エネルギーの絶対較正• 水素（陽子）標的を　　　用いて Λ 、 Σ を生成(Λ 、 Σ を同時に観測 )

2009 　　　年日本物理学会春大会T.Gogami 3

E01-011

ジェファーソン研究所~CEBAF~

CEBAFの概略図42009 　　　年日本物理学会春大会

T.Gogami

1. 散乱電子と K+中間子の同時測定2. 反応断面積 ~100[nb/sr]と小さい3. 高いエネルギー分解能

1. duty factor 高い (~100%)2. ビーム強度が高い3. エミッタンス・⊿ E/Eが小さい、安定

これらを提供する唯一の加速器

我々の実験

加速器に対する要求

Hall C

• 第一世代実験 E89-009(2000) : 12ΛB

構成　・・・ Splitter + Enge+ SOS既存のスペクトロメータで測定(e,e’K+)反応を用いたハイパー核分光実験の有用性を証明

• 第二世代実験 E01-011(2005) : 7ΛHe,12

ΛB,28ΛAl

構成　・・・　 Splitter + Enge(tilt) + HKSHKS ＋散乱電子スペクトロメータの配置の工夫 (tilt 法 )測定技術を確立

• 第三世代実験 E05-115(2009) : 7ΛHe,10

ΛBe,12ΛB,40

ΛK,52ΛV

構成　・・・　 new Splitter + HES(tilt) + HKSSplitter も含めすべてこの実験専用のスペクトロメータ軽～中重核の広い領域におけるハイパー核分光


ルミノシティ　 200倍

e’ 側スペクトロメータの singles rate 　　　 1/100

E05-115 Physics motivation7Li(e,e’K+)7

ΛHe ,10B(e,e’K+)10ΛBe

• Neutron rich hypernuclei• Charge symmetry breaking• ΛN-ΣN coupling

40Ca(e,e’K+)40ΛK,52Cr(e,e’K+)52

ΛV• Binding energy of s-,p-,d-orbit, cross

section• Single-particle potential


質量

数 A

Few

bod

y,Cl

uste

rSh

ell m

odel

Mea

n fil

ed


第三世代実験 E05-115 のセットアップ

新設

Q1 Q2 DQ1Q2D

HES(散乱電子 )

HKS(K+中間子 )

構成 Q-Q-D Q-Q-D

中心運動量 0.844 [GeV/c] 1.2 [GeV/c]

運動量アクセプタンス

±0.15 [GeV/c] ±0.15 [GeV/c]

立体角 ~7 [msr] ~10 [msr]

⊿p/p 2.0×10-4 2.0×10-4

New splitter

E05-115 の利点• Tilt法バックグラウンドとなる制動放射・メラー散

乱起因の電子の集中している超前方部分を避ける

• ビームエネルギー 1.8GeV2.344GeV　バックグラウンドとなる制動放射・メラー

散乱起因の電子がより前方に集中• 大立体角 (HES)


S/Nを改善　＋　収量増

ハイパー核収量 [count/hour] の比較

9


Target(100mg/cm2) 第二世代実験E01-011

第三世代実験E05-115

Configuration HKS+Enge+splitterTilt 法

HKS+HES+new splitter

Tilt 法Beam energy[GeV] 1.8 2.5Beam current[μA] 24 30

7Li(15μA) 8.5 3210B 9.6 4412C 9.6 37

40Ca - 1152Cr - 989Y - 5

断面積を 100[nb/sr]と仮定した見積もり

4~5倍

予想スペクトラム


Cross section は Bydzovsky ・ Motoba 氏等の理論計算から導出

simulation

入射ビームエネルギー 2.344 GeV

ビームカレント 30μA

ターゲット 52Cr

ターゲットの厚さ 100mg/cm2

時間 6日間 (144h)

52ΛV の予想

スペクトラム

HES Detector


e’ rate < 2MHz

HES detector EDC1第二世代実験で使用

EDC2第二世代実験におけるHKS 側のスペアチェンバー

EHODO第三世代実験で新たに設計したシン

チレーション検出器TOF 分解能 σ~130[ps]

e’

EHODOlayer2 layer1

EHODO layer1 組み立て後


EDC1EDC2

EDC1

Name

EDC1 Honeycomb :xx’,uu’,xx’,vv’,xx’

EDC2 Plane:xx’,uu’,vv’

EHODO1/EHODO2 300H×1170W×10T 　　 29segments


HKS DetectorTarget Beam

intensity(μA)π+ rate (kHz) K+ rate (kHz) p rate (kHz)

12C 50 13 0.16 21

HKS 　 detector

142009 　　　年日本物理学会春大会

T.Gogami

エアロジェルチェレンコフカウンター(AC)

[π+ 除去 ] n=1.05第二世代実験で使用

水チェレンコフカウンター (WC)[p 除去 ] n=1.33• wave length shifter の放射線によるダ

メージ　　新箱開発 (N.Taniya :28pSG-6)

ルサイトチェレンコフカウンター (LC)[p 除去・ TOF カウンターのバックアッ

プ ] n=1.48第三世代実験で導入

HKS 　 detector

152009 　　　年日本物理学会春大会

T.Gogami

KDC第二世代で使用したドリフトチェンバー

TOF1X / TOF2X　 TOF 分解能 σ~=70[ps]

TOF1Y• シンチレータ間に隙間ライトガイド再設計 ( シンチレータを

ジグザグに配置し、さらにオーバーラップを持たせる )

　組み立て完了

TOF１X

TOF１ Y

まとめ　E05-115(2009)New Splitter + HKS + tilted HES軽～中重核領域のハイパー核の測定

7ΛHe,10

ΛBe, 　 12ΛB,40

ΛK,52ΛV

各検出器　コミッショニング @JLab

8 月の実験開始に向けて、インストレーション中


Backup


検出器の位置関係


HES側

HKS側

HES のアクセプタンス• Tilt法バックグラウンドとなる制動放射・メラー散乱起因の電子の集中している超前方部分を避ける• ビームエネルギー1.8GeV2.344GeV　バックグラウンドとなる制動放射・メラー散乱起因の電子がより前方に集中• 大立体角 (HES)


E01-011 E05-115

x’[mrad] x’[mrad]

y’[m

rad]

y’[m

rad]

赤・・ virtual photon 起因青・・メラー散乱起因緑・・制動放射起因

S/Nを改善　＋　収量増ハイパー核の収量　　　 4~5 倍

EDC1

12 月

2008 年 11 月

10 月

3 月2 月

1 月

2009 年


プラトー曲線

ワイヤーが切れていることが発覚

修理（ @ 林栄）

Jlab に到着。しかし、 Window が破れている事が発覚

HKS detector

• HKS 側の主なバックグラウンド

π+,p

K+

π K+ p

AC ◎ × ×

WC ◎ ◎ ×

K+ 中間子トリガー(TOF) & (WC) & veto(AC)


第一世代実験 E89-009 （ 2000 年）

• 構成 splitter+SOS+Enge• 主なハイパー核 12

ΛB• エネルギー分解能 ~750[keV](FWHM)( 当時最高 )

(e,e‘K+)反応を用いたハイパー核分光実験が可能


• 構成 splitter+Enge+HKS• 主なハイパー核 7

ΛHe,12ΛB,28

ΛAl• エネルギー分解能 ~400[keV](FWHM)

HKS建設エネルギー分解能向上Tilt法の導入 S/Nを劇的に改善

第二世代実験 E01-011(2005 年 )


技術の確立

Singles rateTarget Beam

intensity(μA)e’ rate (kHz)

7Li 15 28010B 30 48012C 50 93040Ca 30 162052Cr 30 1780

Target Beam intensity(μA)

π+ rate (kHz) K+ rate (kHz) p rate (kHz)

7Li 15 5.4 0.07 7.610B 30 44 0.16 3312C 50 13 0.16 2140Ca 30 3.2 0.03 4.952Cr 30 9.7 0.08 13

Rate of HES arm

Rate of HKS arm

Target(100mg/cm2) 第一世代実験

E89-009第二世代実験

E01-011第三世代実験

E05-115Configuration SOS+Enge

+splitterHKS+Enge+splitterTilt 法

HKS+HES+new splitter

Tilt 法Beam

energy[GeV]1.8 1.8 2.5

Beam current[μA] 0.66 24 307Li(15μA) - 8.5 32

10B - 9.6 4412C 0.5 9.6 37

40Ca - - 1152Cr - - 989Y - - 5

NO　DATA

E.　HiyamaPrivate　Comm.

第三世代 ( e,e'k + ) ハイパー原子核分光実験 jlab e05-115 の準備状況

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