mppc を用いた ハイペロン散乱実験の提案
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MPPC を用いたハイペロン散乱実験の提案
東北大学理学研究科
三輪浩司
YN interaction 核力からバリオン間相互作用への拡張
核力 中間子交換描像 新たなストレンジネスの自由度の導入 クォークのレベルから
理論的な YN 相互作用
One-Boson exchange(Nijmegen models)baryonsmesonscore
Quark Cluster model(Resonating group method)(3q)-(3q)gluonmesons
YN 相互作用新しいクォーク交換する中間子
NN 相互作用
核力芯への新たな情報
高密度状態での物質層の理解に必須
実験的な YN 相互作用の導出 Hyperon 核子散乱
Hyperon の短い寿命で難しい
NN 散乱に比べデータが十分でない
ハイパー核の構造から YN 相互作用を導出する 高分解能磁気スペクトロメーター
ゲルマニウム検出器
問題点 多体系の複雑なシステムから2体の相互作用を導出する
N 相互作用、 N 相互作用は?
npnp pppp pp p0p
p+p pp p0n pn
KEK でのハイペロン散乱実験 Scintillation fiber と
IIT-CCD を用いた KEK-PS E289, E452
p, p, p 弾性散乱 SCIFI を使う feasibility が示
された。
反応 イベント数
E289
p 31
p 30
p ---E452 p 113
問題点IIT-CCD が遅い300kHz 以上のビーム強度では 画像が重なってしまい使用できない終状態の粒子をすべて捕えるのが 難しい
MPPC を用いた SCIFI の読み出しの提案 Multi-Pixel Photon Counter (MPPC)
Avalanche Photo Diode (APD) をガイガ-モードで動作させる新型の Si 光ダイオード
100 ~ 1600pixel の APD が敷き詰められており各ピクセルのシグナル和をとることによってダイナミックレンジを得る
特徴 時間応答が 10ns よりも速い
高いビーム強度化下でも動作可能 ゲインが 105106 と大きい
1 光子の検出が可能 磁場中での動作が可能
IIT は磁場中では動作できない 大強度ビームを用いたハイペロン散乱実験に使用できないか
1mm
1mm
MPPC を用いたときの問題点 膨大なチャンネル数
KEK で使用した 10cm10cm20cm の SCIFI を読もうとした場合、 1mm 1mm のファイバーを用いた場合でも 20000 チャンネルが必要となり、現実的でない。
このアイデアが現実的かどうか? SCIFI のサイズ 出来るだけ小さく 収量の見積もり
SCIFI のサイズ ハイペロン生成の運動学
p
p
生成されるハイペロンは常に50度より小さい角度しか持たない
(degree)
(d
egre
e)
K (degree)
(d
egre
e)
SCIFI のサイズ ハイペロン生成の運動学
p
p
生成されるハイペロンは常に50度より小さい角度しか持たない
ハイペロンの飛程 ハイペロンと陽子の散乱だけを捕える
ことにすれば、 SCIFI のサイズはハイペロンの飛程によって決まる。
3cm3cm3cm あれば十分であろう
3cm
3cm
散乱粒子、崩壊粒子の検出 SCIFI 中での飛程
350MeV/c 以下の陽子は静止 それ以外は静止せずに飛び出す
周囲に chamber を設置して捕える
SCIFI 中での陽子の飛程
SCIFI 中でのの飛程
Magnetic Field
CDC または TPC など
Scattered proton
Decay products
磁場中で動作可能な MPPC であればこのセットアップが可能となる
入射ビームについて 生成については
2mb @ 1.1GeV/c (, )
0.5mb @ 1.5GeV/c (, )
散乱粒子の寿命を考えると (, ) の方が有利だろう。
全体の実験の構想 KEK の実験でのセットアップ
ハイペロン生成反応: (, ) 反応 前方スペクトロメーター
全体の実験の構想 J-PARC では
(, ) 反応によるハイペロン生成 前方スペクトロメーター+ Cylindrical スペクトロメ
ーター 散乱粒子に対するアクセプタンスの大幅な向上
Fiber の image
Z(mm)
p
p
Photon counting LED からの光を MPPC に照
射
1p.e.
2p.e.
4p.e.
3p.e.
5p.e.
Increase light intensity
実際に MPPC は使えるのか
実際に MPPC は使えるのか 速い回路を用いた読み出し
PMT
MPPC
Sr source
PMTMPPC
400 pixelVbias = 70V
11mm2 fiber PMTMPPC
400 pixelVbias = 70V Trigger counter
Cosmic ray or ray
30ns
100mV
400mV
400mV
Fiber で MIP を捕えるのに十分である
MPPC に求められる性能 角度分解能
SCIFI は ((CH)n) から成る
自由陽子
炭素中の陽子
エネルギーのダイナミックレンジ MIP
止まりかけの陽子
飛程を用いた運動量測定
z (mm) ( ビーム方向 )
x (m
m)
y (m
m)
p
p
Pixel size: 1mm0.5mm
これを区別する
角度分解能 炭素中の陽子との準弾性散乱を取り除く
ファイバーのサイズ 1mm0.5mm E289 と同程度
粒子の飛程
KEK-PS E289
quasi free
free proton
ファイバーサイズ
角度分解能
値段
小 大
◎ ×
高い手が出ない
1mmx0.5mm(1800ch)1mmx1mm(900ch)
CDC のアクセプタンス 終状態の各粒子の放出角度
散乱陽子 ほぼ 90 度方向へ 崩壊による N やや前方 崩壊による 一様
運動量分布 01.2GeV/c に分布
散乱陽子
崩壊
崩壊 N
散乱陽子 崩壊
崩壊 N
30o150o をカバー 約 80% のアクセプタンス
静止
終状態をすべて測定する 終状態を抑える
準弾性散乱の除去 入射ビーム運動量の決定 ( の quasi free 生成の活用 )
p pn/ p0
散乱陽子 崩壊
崩壊 N
p
散乱の運動量 散乱角度
陽子の運動量、角度予測
陽子の運度量、角度測定
測定Consistency check準弾性散乱の除去
ビームの運動量の決定 の quasi free 生成の活用
Yield estimation1 ( beam) 1.1GeV/c p 反応:断面積 =1.8mb
生成標的 : CH2 ( 厚さ 2cm)
ビーム強度 106 /spill
生成される + ビームの数 /spillfree proton: 42
quasi free: 69
ビーム
: -25o~25o
1日で
free proton: 9.1105
quasi free: 14.9105
Yield estimation2 (p scattering)
1ヶ月のビームタイムでの散乱イベント数は ビーム (free proton) : 16800
ビーム (quasi free) : 27500
の飛行距離が 1cm 以上を要求 ビーム (free proton) : 3300
ビーム (quasi free) : 5300
解析、その他で 10% に落ちると仮定
targetbeamscat LN10mb を仮定 SCIFI(CH): 4.781022(1/cm3)
+ の平均飛程: 1.3cm
Flight length
L>1cm : 44%0.440.44
Total event : 860 散乱イベント
これからと問題点 MPPC の単体の性能評価 Tracking Detector としての評価
50channel 分の MPPC を購入 Fiber bundle に取り付けて読み出しを行う
位置分解能は? エネルギーのダイナミックレンジは?
問題点 チャンネル数が増えたときの読み出しをどうするか
パラレル読み出し channel と同じだけの ADC
シリアル読み出し 読み出しが遅くなるか? ビームの広がり
まとめ J-PARC にて高統計でのハイペロン散乱実験を行
いたい。 MPPC を用いた SCIFI の読みだしシステム
時間応答が速い 大強度ビーム 1 光子を捕えるのに十分なゲイン 磁場中で使用可能 トラッキング検出器との併用
1.1GeV/c K 106/spill 800p 散乱
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