Download - 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 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
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
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
宇宙線と原子核・ハドロン
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
小田稔「宇宙線」 1960 年第1版、 1972 年改訂
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
“ 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」)
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
γp
n
pπ+μ+ ν
e+ γ
E = 10 20 eV E 0.8 x 10 20 eV ~
Energy spectrum of UHE cosmic rays
KNEE2ndKNEE??
ANKLEGZK
GZK cut off1020 eV 1018 eV 1016 eV 1014 eV
Flu
x *
E3
LHC 7+7TeV
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
Air Florescence telescope (FD)
Surface Detectors (SD)
Air shower observation
Scintillation lightsShower directionsShower max height
Number of particlesArrival timingMuon or EM component ( at given altitude)
EM component (most of energy)
Model uncertainty in hadron interactions at UHE
Floresensedetectors
Shower max height
Sensitive to composition
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
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)
「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」
粒子数スペクトル
断面積etc.
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
J. Bluemer@ICRR, Mar. 2008
Energy scale issue; GZK cut off feature in AGASA, HiRes and AUGER ( 2007 summer )
c.f. Energy scale was determined by fluorescence detector
AUGER
HiRes AGASA
Energy scaling by +-25%
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
① Inelastic cross section
② Forward energy spectrum (or Inelasticity k )
Need both and ① ②
If large k rapid developmentIf small k deep penetrating
If large rapid developmentIf small deep penetrating
LHC f is dedicated to ②① will be give by Roman Pod
at LHC
Shower max height
Sensitive to composition
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
The LHCf experiment
ATLAS
140m
IP1
140m96mm
Compact calorimeter
TAN absorber
140m96mm
LHCf
TAN衝突点
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
LHCf: location and detector layoutINTERACTION POINTINTERACTION POINT
IP1 (ATLAS)IP1 (ATLAS)
Detector IIDetector II
TungstenTungsten
ScintillatorScintillator
Silicon Silicon stripsstrips
Detector IDetector I
TungstenTungsten
ScintillatorScintillator
Scintillating Scintillating fibersfibers
Beam lineBeam line
140 m140 m 140 m140 m
Arm#1 Detector20mmx20mm+40mmx40mm4 SciFi tracking layers
44X0, 1.6 int
Arm#2 Detector25mmx25mm+32mmx32mm4 Silicon strip tracking layers
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
The 0 peak at 7TeV
:6.7MeV
Arm2 event display
Silicon layer
Scintillator layers
To
wer
32m
m
25m
m
LHCf P
relim
inary
Arm1 7TeV
Silicon layer
Scintillator layers
LHCf P
relim
inary
Arm1 7TeV
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
Normalized by gamma-like entry
DataSys.+Sta.
MC(QGSJET2)
Hadro
n re
spon
se
unde
r stu
dy
• 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
“Very” preliminary spectra from 900GeV runs in 2009
Adding May 900GeV runs, 100K showers now (Dec09 x15) !
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
Very forward – connection to low-x physicsLow-x high-x
Very forward
P
P
陽子
陽子
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
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
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
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
The LHCf Collaboration
伊藤好孝 , 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
「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
LHCf calorimeters
Arm#2 DetectorArm#1 Detector 90mm
290mm