J ‐ PARC における K 中間子原子核探索実験 のための円筒形ドリフト・チェンバー の開発 (J ‐ PARC E15 実験 ) 理研 佐久間 史典 S.Ajimura 1 , G.Beer 2 , H.Bhang 3 , P.Buehler 4 , L.Busso 5,6 , M.Cargnelli 4 , J.Chiba 7 , S.Choi 3 , C.Curceanu 5,8 , D.Faso 5,6 , H.Fujioka 9 , T.Fukuda 10 , Y.Fukuda 11 , C.Guaraldo 5,8 , T.Hanaki 7 , R.S.Hayano 9 , A.Hirtl 4 , M.Iio 12 , M.Iliescu 5,8 , T.Ishikawa 9 , S.Ishimoto 13 , T.Ishiwatari 4 , K.Itahashi 12 , � Physics Motivation M.Iwasaki 12 , P.Kienle 4,14 , J.Marton 4 , Y.Matsuda 12 , Y.Mizoi 10 , O.Morra 5,15 , T.Nagae 13 , H.Ohnishi 12 , S.Okada 12 , H.Outa 12 , D.Pietreanu 5,8 , A.Sakaguchi 1 , F.Sakuma 12 , M.Sato 11 , M.Sekimoto 13 , � J ‐ PARC E15 Experiment D.Sirghi 5,8 , F.Sirghi 5,8 , S.Suzuki 13 , T.Suzuki 12 , H.Tatsuno 9 , D.Tomono 12 , A.Toyoda 13 , E.Widmann 4 , � CDC T.Yamazaki 9,12 , H.Yim 3 , J.Zmeskal 4 1 Osaka University, Japan, 2 University of Victoria, Canada, 3 Seoul National University, South � Summary Korea, 4 Stefan Meyer Institut fur subatomare Physik, Austria, 5 INFN Sezione di Torino, Italy, 6 Universita’ di Torino, Italy, 7 Tokyo University of Science, Japan, 8 Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, Italy, 9 University of Tokyo, Japan, 10 Osaka Electro ‐ Communication University, Japan, 11 Tokyo Institute of Technology, Japan, 12 RIKEN, Japan, 13 High Energy Accelerator Research Organization (KEK), Japan, 14 Technische Universitat Munchen, Germany, 15 INAF ‐ IFSI, Sezione di Torino, Italy 計 48 名、 6 ヶ国、 15 機関 1
Physics Motivation K 中間子原子核は本当に 存在するのか ? T.Yamazaki, A.Dote, Y.Akiaishi PLB587,167(2004). KEK ‐ PS SPS, RHIC, LHC FINUDA@DA Φ NE E549@KEK-PS OBELIX@CERN-LEAR E548@KEK-PS さらなる実験的証拠が必要 W.Weise NPA553, 59 (1993). 2
J ‐ PARC E15 Experiment 3 He(K ‐ ,n) 反応を用いて K ‐ pp 束縛状態を見つける neutron 3 He K - pp K - Reaction cluster Decay Mode to decay charged particles Λ p 全ての粒子を測定し、 π - Missing mass spectroscopy と I nvariant mass reconstruction p により K-pp 束縛状態を見つける 3
E15 Setup J ‐ PARC FF K1.8BR Beam Line Q8 D4 Q7 ES ToF Wall p n Sweeping Magnet mass resolution for K ‐ pp π − invariant mass Cylindrical p σ = 19MeV/c 2 ( σ CDC = 250 μ m) Detector 1GeV/c missing mass System σ = 12MeV/c 2 ( σ ToF = 150ps) K ‐ beam 4
Cylindrical Detector System (CDS) Solenoid L 3 He Magnet Target Target Z ‐ Vertex Chamber Chamber ~ 2 m Charge Veto Kaon Decay Counter Veto Counter B Cylindrical counter Rad. Length Drift Chamber Target 1.55% (L 3 He+cell) Hodoscope Vtx Chamber 0.27% (GEM ‐ chamber) Counter CDC 0.48% (He:C 2 H 6 =50:50) 5
Event ‐ display for K ‐ pp � binding energy = 100MeV/c 2 Calculated using Geant4 � Geant4 を用いたシミュレーション � 前方 neutron を要求 π ‐ p p π ‐ ~400MeV/c ~150MeV/c n Λ vtx K ‐ pp vtx ~1300MeV/c p p ~500MeV/c 6
Cylindrical Drift Chamber (CDC) � 材質 : アルミニウム、 CFRP � 重量 : ∼ 100kg � ワイヤー数 : 8136 ( 読み出し : 1816ch) � 総ワイヤー張力 : ∼ 600kg aluminum block (x6) aluminum end ‐ plate CFRP tube (t1mm) sense wires: Au ‐ plated W, φ 30 μ m field & guard wires: Au ‐ plated Al, φ 100 μ m 7
Cell Configuration ＋ : sense wire A3 (2) ＊ : field wire ○ : guard wire V2 (2) � 六角形セル (drift length ∼ 9mm) U2 (2) � 7 super layers (AUVAUVA) A2 (2) � 15 layers (r = 19.05 ∼ 48.45cm) V1 (2) � wire length = 82cm � solid angle = 2.6 π U1 (2) A1 (3) 8
Isochrones of Drift Time Calculated using garfield ‐ 9 w/ magnetic field (0.5T) w/o magnetic field A1 ‐ 1 (inner cell) A1 ‐ 1 (inner cell) 100ns 100ns 200ns 200ns He:C 2 H 6 = 50:50 He:C 2 H 6 = 50:50 磁場によって形はあまり変わらない 9
Gas Mixture Calculated using garfield ‐ 9 velocity vs. E xt relation � Ar:C 2 H 6 = 50:50 を使用 � He:C 2 H 5 = 50:50 など He ‐ Ar:C 2 H 6 = 50:50 λ rad = 177.6m base のガスの使用も考慮 n e = 50 He base : V ∼ 1.9 ‐ 2.2kV Ar base : V ∼ 2.2 ‐ 2.5kV He:C 2 H 6 = 50:50 λ rad =679.2m n e = 27 BELLE CDC 2x10 4 gain 10
Geometrical Acceptance � generated at the center of CDS Calculated using Geant4 � 0<p<1 GeV/c, flat distribution � 60< θ <120 degree, flat distribution � accepted = track with a CDH ‐ hit decay magnetic field = 0.5T energy loss proton>250MeV/c, kaon>150MeV/c, pion>50MeV/c 11
Spectrometer Performance Calculated using Geant4 momentum resolution for π , K, p δ p/p ∼ 10% @p ∼ 1GeV/c expected mass resolution for K ‐ pp and Λ Λ mass resolution K ‐ pp 5.8 MeV/c 2 1.6MeV/c 2 w/o chamber ‐ smearing 18.7MeV/c 2 2.5MeV/c 2 w/ chamber ‐ smearing 12
Present Status of CDC preamp � CDC の基本設計は済み、 2008 年初頭に完成予定 � 試作機を作製し、 HV ‐ distributor, preamp ‐ board の テストを行っている � 今後、試作機を用いてガス のテストなどを行う予定 HV test chamber test module of HV ‐ distributor 13
Summary � J ‐ PARC E15 実験は K 中間子原子核 (K ‐ pp 束縛状態 ) の探索を行う � E15 実験の主要な検出器である Cylindrical Drift Chamber は、 2008 年始めに完成予定であり、現在は HV, プリアンプ周りをテスト機を用 いてテストしている � E15 実験のスペクトロメーターは、 2009 年始めのビームタイムに向 けて着々と準備が進められている Solenoid Magnet Target System ToF Wall 14
backup 15
Detailed Cell Configuration 16
Vertex Resolution z K ‐ pp (~10mm) Λ (~8mm) x, ｙ K ‐ pp, Λ (~2mm) 17
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