Kaonic-atom x-ray spectroscopy with cryogenic detectors Shinji - - PowerPoint PPT Presentation

2 Aug., 2016 Meson in Nucleus 2016 (MIN16) @ YITP , Kyoto

Shinji OKADA (RIKEN)

for HEATES & J-PARC E62 (E57) collaborations

Kaonic-atom x-ray spectroscopy with cryogenic detectors

High-intensity Stopped Kaons

Kaonic atom experiments

Novel X-ray Detectors

High sensitivity High precision

• °

1 package : 4 x 2 array (~ 5cm2)

Large area (> 200 cm2) High resolution

“new K1.1BR beamline”

@ Extended hadron facility

K1.8BR beamline INFN-LNF (Italy) DAΦNE

e+ e- collider

for future

Cryogenic detector Silicon drift detector

SDD J-PARC TES

High-intensity Stopped Kaons

Kaonic atom experiments

Novel X-ray Detectors

High sensitivity High precision

• °

1 package : 4 x 2 array (~ 5cm2)

Large area (> 200 cm2) High resolution

“new K1.1BR beamline”

@ Extended hadron facility

K1.8BR beamline INFN-LNF (Italy) DAΦNE

e+ e- collider

for future

Cryogenic detector Silicon drift detector

SDD J-PARC TES

2012 Collaborate with astro-physics guys developing TES 2013 get started the collaboration 2014 Demonstration study @ PSI — π atom w/TES 2015 Approved by J-PARC PAC (Program Advisory Committee) 2016 Commissioning run @ J-PARC … NOW ! 2017 J-PARC E62 physics run in 2017 !!

Brief history towards K-atom w/TES

3

Last workshop @ YITP “Hadron in Nuclei” in 2013

progress

Contents

4

1. Introduction 2. X-ray detector : TES 3. Demonstration with π beam 4. J-PARC E62 experimental plan 5. Commissioning run @ J-PARC 6. Summay

• 1. Introduction

Study of K-nucl. interaction

6

Atomic state

V0+iW0

Coulomb

K- - Nucl. potential

K-

Two experimental approaches

Reaction formation (search for deeply bound K- cluster) Precision x-ray measurement complementary

Nuclear state

— via K-nucleus bound system —

Kaonic atom x-ray spectroscopy

7

X-ray detector n+1 n

Strong interaction

Nuclear absorption

Width Γ Shift ΔE

(Coulomb only)

K-atom data → scattering length

8

308

• S. Baird et al. / Exotic atoms

nuclei have been analysed by Batty 11) using an optical-model potential of the form

V(r)=27rh2(

1 + m~---)dO (r), /z where tz is the reduced mass of the kaon-nucleus system, m is the mass of the nucleon, p(r) is the nuclear density distribution normalized to A and d is an adjustable complex parameter which plays the role of an effective scattering length. Using the value ~ = 0.34 + i0.84 fm obtained from an analysis of all available data for heavier nuclei gives t~2p

which are much smaller than those measured. The predicted values are generally insensitive to the form chosen for t~ (r). It is interesting to speculate as to possible reasons for this apparent discrepancy between the measured values and the simple optical-model predictions for helium. Because the nucleons in 4He are tightly bound by -20 MeV the effective energy (-1411 MeV) for kaon-nucleon interactions in 4He is very close to the energy of the A(1405) resonance. As a result it may not be too surprising that parameters which fit data for heavier nuclei where the interaction energy is further away from the resonance do not fit the helium values. However, no simple modification to

• .

• 4.

2.0 2.5 3.0 Re A(fm)

• Fig. 5. Calculated strong interaction shift and width for kaonic helium as a function of the value of the

real part of ~. The calculations used a~ = 0.1 fm.

• S. Baird et al.,

NPA 392 (1983) 297-310

Shift [eV] Width [eV]

Real part of the effective scattering length [fm]

Im A = 0.1 [fm]

Re A [fm] Re A [fm]

K-p scattering length (= K-p scattering amplitude at threshold )

U.-G. Meißner et al, Eur Phys J C35 (2004) 349

最近の研究から

中間子水素原子 線精密分光実験の拓く物理 岡 田 信 二

理化学研究所 埼玉県和光市広沢

早 野 龍 五

東京大学大学院理学系研究科 東京都文京区本郷

兵 藤 哲 雄

東京工業大学大学院理工学研究科 東京都目黒区大岡山

池 田 陽 一

東京工業大学大学院理工学研究科 東京都目黒区大岡山

最近，イタリアの国立フラスカティ研究所における 線分光実験で， 中間子水素原子 軌道の強い相互作用によるレベルシフ トと幅を世界最高精度で測定した．電子・陽電子衝突型加速器 から得られる運動量の揃った低エネルギー を用いて効 率よく 中間子水素原子を生成し，同原子からの 線を大立体角を覆うシリコンドリフト検出器群により観測した．これにより， 従来問題であった 散乱データとの矛盾が解決され，閾値での相互作用に強い制限が与えられた．理論的な閾値下への相互作用 の外挿の不定性は軽減され，ストレンジネスを含む系における強い相互作用の動力学の解明は新たな局面を迎えている．本実験の紹 介に加え，理論的な解釈を通してもたらされる原子核・ハドロン物理に対する影響について述べる．

はじめに

自然界の４つの力のうち，強い相互作用は量子色力学（ ）によって記述されるが，低エネルギーでは非摂動効 果が強く，理論の持つ（近似的）対称性の原理がハドロン の動力学を理解する指針となる． は，クォーク質量が の極限（アップ ダウンクォーク）においてカイラル対称 性，質量が無限大となる極限（チャーム ボトムクォーク） ではヘビークォーク対称性を持つ．ハドロンを形成せずに 弱崩壊するトップクォークを除けば，軽いクォーク系と重 いクォーク系は異なった対称性に支配されている．ストレ ンジクォークの質量はこれらの中間に位置しており，スト レンジネスを含むハドロン系，とりわけ 中間子（クォー ク組成が ， ）と核子の相互作用においては， の 持つ自発的および明白なカイラル対称性の破れの効果が競 合しており，これらを理解する格好の実験場となる． 中間子水素原子 原子 とは，水素原子の電子を に置き換えた， と陽子のクーロン力による束縛系 である．通常の水素原子とは異なり，近距離において と陽子の間に強い相互作用が働く．その影響は， 原子 の基底準位 における，電磁相互作用のみを用いた計算 値からのずれ シフト と， 及び チャンネルへの崩 壊に起因する有限の自然幅として現れる． 強い相互作用による 散乱振幅の閾値（ゼロエネル ギー）での値は複素 散乱長と呼ばれる．電磁相互作 用による束縛エネルギーは強い相互作用のエネルギースケ ールに比べて十分小さいので，強い相互作用の効果は閾値 での値を適用できる． 原子の 状態のエネルギーシ フト と幅 と散乱長 との関係は

1s + iΓ1s/2 = 2α3 µ2

r aK−p

• 1 + 2α µr (1 − ln α) aK−p
• と 与 え ら れ て い る

．こ こ で 換 算 質 量 は で ， は 微 細 構 造 定 数 で あ る ． つまり， 原子のエネルギー精密測定は， 中間子と 核子の閾値相互作用に対する制限となる．

厳密には の束縛状態だが、ここでは慣習にしたがい 中間子原 子と呼ぶ．

原子は， を水素標的内に静止させることで生成 されるが，生成直後は励起状態であるため， 線を放出し ながら脱励起していく．この 準位のシフトと幅は， 準 位への遷移 線 ライマン系列 線 の分光により観測す ることができる． 原子 線は， 実験 により，初めて明 瞭なピークとして観測された 図 ．過去の実験 との 決定的な違いは，標的に液体ではなく水素ガスを用いた点 である． 原子ライマン系列 線の収量は，シュタルク 効果により，密度が高くなるにつれ減少する ．液体水素 標的を用いると を効率よく静止でき，より多くの 原子を生成することができるが，一方で，シュタルク効果 による 線収量の減少率はそれ以上に大きかった． イタリア国立フラスカティ研究所の 電子・陽電 子衝突型加速器では， 大量の 中間子を生成することができ る．二体崩壊からの と は，低エネルギー で，かつ，エネルギーが揃っているため，ガス標的を用い た静止 実験には好適な施設である． グループは， 加速器を用いて，初めて 原子分光実験を行った ．運動量のよく揃った低エネ ルギー の使用は大きな利点となり， の精度 を上回る結果を報告した．一方， で用いた 線検出 器は，従来の 検出器でなく，時間情報の無い 検出器であった為，図 のように，電子・陽電子ビーム からの偶然バックグラウンドが非常に高かった． 図 は，この 原子 準位の強い相互作用によるシ フトと幅に関する実験結果 ，及び理論計算結果の一例 を示す．この計算では， 散乱データと 不変質量 スペクトルの結果を用い実験誤差を考慮したフィ ットを行 っており，計算には 原子 線データからの制限は入 っていない．実験値との比較の為，理論結果は，フィ ット結 果の等高線のうち の線のみを示す．図には理論による フィ ットを三種例示した．三種の結果は補正項の有無や種 類による違いを示すが ，いずれも大きい誤差を持ってい るにも関わらず， とは離れた結果を示していた．

最近の研究から 中間子水素原子 線精密分光実験の拓く物理

K-p Kα x-ray

Shift Width

e.g., K-He atom 2p level e.g., Kaonic hydrogen

K-atom data potential strength

( Deser-Type relation with isospin-braking correction )

Theories :

• Phenomenological density

dependent optical potential

Batty, Friedman, Gal, Phys. Rep., 287 (1997) 385.

• Chiral potential (~50 MeV )

+ Phen. multi nucleon terms. 


• A. Cieply ́, et al., Phys. Rev. C 84 (2011) 045206.

Friedman, Gal, NPA 899 (2013) 60.

Ramos, Oset, NPA671(00)481

Global analysis prefer a deep potential ?

Status of K-atom study

9

40% C.J. Batty et al. IPhysics Reports 287 (1997) 385445 Kaonic atoms lo4 F (a)

n=3

IO3

B

n=4 n=5 n f 1

• I

10 lo

20 30 40 50 60 70 80 90

100 Z

• Fig. IT. Shift and width values for kaonic atoms. The continuous lines join points calculated with the

potential discussed in Section 4.2. best-fit optical

• Ref. [44]. For ease of reference,

the complete data set listed in [44] will be referred to as ALL. The data set with 180 and 98Mo omitted will be denoted LESS, whilst the measurements for the two isotope pairs 160-180 and 92Mo-98Mo will be referred to as ISO.

• Shift [eV]
• Width [eV]

Z (atomic number)

• Phys. Rep., 287 (1997) 385.

Data :

• K-p : SIDDHARTA (2011)
• K-d : no data
• Z=2(He)~92(U) : exists, but those

measurements in 70’s - 80’s are not so good quality.

Theories :

• Phenomenological density

dependent optical potential

Batty, Friedman, Gal, Phys. Rep., 287 (1997) 385.

• Chiral potential (~50 MeV )

+ Phen. multi nucleon terms. 


• A. Cieply ́, et al., Phys. Rev. C 84 (2011) 045206.

Friedman, Gal, NPA 899 (2013) 60.

Ramos, Oset, NPA671(00)481

Global analysis prefer a deep potential ?

Status of K-atom study

9

40% C.J. Batty et al. IPhysics Reports 287 (1997) 385445 Kaonic atoms lo4 F (a)

n=3

IO3

B

n=4 n=5 n f 1

• I

10 lo

20 30 40 50 60 70 80 90

100 Z

• Fig. IT. Shift and width values for kaonic atoms. The continuous lines join points calculated with the

potential discussed in Section 4.2. best-fit optical

• Ref. [44]. For ease of reference,

the complete data set listed in [44] will be referred to as ALL. The data set with 180 and 98Mo omitted will be denoted LESS, whilst the measurements for the two isotope pairs 160-180 and 92Mo-98Mo will be referred to as ISO.

• Shift [eV]
• Width [eV]

Z (atomic number)

• Phys. Rep., 287 (1997) 385.

Data :

• K-p : SIDDHARTA (2011)
• K-d : no data
• Z=2(He)~92(U) : exists, but those

measurements in 70’s - 80’s are not so good quality.

Current data quality is not good enough to determine K-nucl. potential strength

K-He atom 2p level shift

10

deep shallow

Phenomenological

Vopt(r=0) ~ - (180 + 73i) MeV

Chiral

Vopt(r=0) ~ - (40 + 55i) MeV

K-4He

• 0.41 eV
• 0.09 eV

K-3He 0.23 eV

• 0.10 eV

Isotope shift (K-4He - K-3He)

• 0.64 eV

0.01 eV

a recent theoretical calculation

• J. Yamagata-Sekihara, S. Hirenzaki :

— Strong-intaction Shift & Width calc.

• E. Hiyama :

— Charge-density dist calc. for 4He&3He

(Gauss expansion method)

Choosing the following two typical models : [Pheno.] Mares, Friedman, Gal, NPA770(06)84 [Chiral] Ramos, Oset, NPA671(00)481

preliminary

Dominant systematic error (~0.15 eV) due to kaon-mass uncertainty will be cancelled. Width : 2 ~ 4 eV

Experimental accuracy

11

Isotope shift (K4He - K3He)

2.0 1.5 1.0 0.5

• 0.5
• 1.0
• 1.5
• 2.0

chiral phenomenological

Past experiments : ± 2 eV

Experimental accuracy

12

2.0 1.5 1.0 0.5

• 0.5
• 1.0
• 1.5
• 2.0

Past experiments : ± 2 eV

Isotope shift (K4He - K3He)

w/ new detector ± 0.2 eV

chiral phenomenological

• 2. X-ray detector : TES

semiconductor detector

TES

Transition-Edge-Sensor microcalorimeter

14

Absorber Heat capacity : C Thermal conductance : G Low temperature heat sink

~ pJ/K ~ nW/K

Thermometer

T

X-ray energy : E

normal conducting sate super- conducting sate Temperature Resistance ~ 100 mK Width of transition edge ΔE~ a few mK Ener Thermometer sensitivity

state state

Bias point R0/RN~0.2

Microcalorimeter Transition Edge Sensor (TES)

✓ High energy resolution :~2 eV FWHM @ 6 keV ✓ Wide dynamic range

bias point R0/RN~0.2 ~50 mΩ

NIST’s TES array system

15

✓ Compact and portable ✓ Large effective area w/multiplexing tech.

3 3 c m

1cm

Photo credit : J. Uhlig

Adiabatic Demagnetization Refrigerator — ADR

(model : HPD 102 DENALI)

(double-stage salt pills : GGG 1K, FAA 50mK)

hold time > 1 day Pulse tube (60K, 3K) 16 hours 300K->3K

Pulse signal

τrise~L/(Rsh+R0) τfall~C/G

Photo credit : D.R. Schmidt, NIST

Gold coated Si collimator

TES 1 pixel

➡ Mo-Cu bilayer TES ➡ 4-µm-thick Bi absorber

(eff. ~ 85% @ 6 keV)

➡ Size : 300 x 320 um2

Array 240 pixels

➡23 mm2 in total

• 3. Demonstration with π beam

π atom expt @ PSI πM1 beamline

17

BC1 BC2 BC4 Carbon degrader π beam TES array Carbon target X-ray tube BC3 Lead shield 10 cm

~1MHz/mA, 170 MeV/c

Pionic carbon 4f-3d x-rays ~ 6.5 keV

submitted the paper

18

• Prog. Theor. Exp. Phys. 2015, 00000 (9 pages)

DOI: 10.1093/ptep/0000000000

First application of superconducting transition-edge-sensor microcalorimeters to hadronic-atom x-ray spectroscopy

HEATES Collaboration

• S. Okada†1,*, D. A. Bennett2, C. Curceanu3, W. B. Doriese2, J. W. Fowler2,
• J. Gard2, F. P. Gustafsson4, T. Hashimoto1, R. S. Hayano5, S. Hirenzaki6,
• J. P. Hays-Wehle2, G. C. Hilton2, N. Ikeno7, M. Iliescu3, S. Ishimoto8, K. Itahashi1,
• M. Iwasaki1, T. Koike9, K. Kuwabara10, Y. Ma1, J. Marton11, H. Noda‡1,
• G. C. O’Neil2, H. Outa1, C. D. Reintsema2, M. Sato1, D. R. Schmidt2, H. Shi3,
• K. Suzuki11, T. Suzuki5, D. S. Swetz2, H. Tatsuno§8,2, J. Uhlig4, J. N. Ullom2,
• E. Widmann11, S. Yamada10, J. Yamagata-Sekihara12, and J. Zmeskal11

very recently (on June 21)

Timing [µs] 20 15 10 5

• 5
• 10
• 15
• 20

(a)

Counts / 0.2 [µs]

Time gate : ±1.5 µs

π

(b)

13 12 11 10 9 8 x 102 X-ray energy [keV] Counts / 1 [eV] 300 200 100

(c)

TES

Fe Kα1

• 12C 4f-3d
• 12C 4d-3p

6.3 6.4 6.5

π π Fe Kα2

total continuum BG π-12C lines Fe Kα lines

fitted spectra

π-atom peak w/clear timing correlation

TES DAQ : self trig. (sending beam trig. to TES DAQ)

Parallel transition

Successful demonstration w/ π- atom

19

Calibration line (excited by x-ray tube)

X-ray energy [keV] Counts / 1 [eV] 300 200 100

(c)

TES

F e K α

1

• 12C 4f-3d
• 12C 4d-3p

6.3 6.4 6.5 Counts / 10 [eV]

(d)

200 160 120 80 40

SDD

π π Fe Kα2

Comparison with SDD spectrum

20

π- beam

X-ray tube for energy calib.

TES arrays

@ PSI πM1 beamline

SDD

resolution ~165 eV resolution ~ 7 eV

Fit results

21

6404.07 ± 0.10(stat.)+0.06

−0.04(syst.) eV

E(4f → 3d) = 6428.39 ± 0.13(stat.) ± 0.09(syst.) eV E(4d → 3p) = 6435.76 ± 0.30(stat.)+0.11

−0.07(syst.) eV

I(4d → 3p)/I(4f → 3d) = 0.30 ± 0.03(stat.) ± 0.02(syst.)

⇒ good agreement with the reference value :

6464.148(2) eV [ G. Holzer et al., PRA56(1997)4554 ]

Fe Kα11 line (confirmation of energy calib.): Pionic atom lines :

⇒ comparison with EM calc?

EM values & strong-int calc.

22

State K.G. Vacuum polarization Nuclear Relativistic Strong Total energy α(Zα) α2(Zα) finite size recoil effect interaction energy (eV) (eV) (eV) effect (eV) (eV) effect (eV) (eV) 3p −14685.15 − 11.56 −0.08 + 0.01 −0.02 −0.78 −14697.58 3d −14682.65 − 5.39 −0.04 + 0.0005 −0.02 < 10−4 −14688.10 4d −8259.04 − 2.10 −0.02 +0.0003 −0.01 < 10−4 −8261.17 4f −8258.59 − 0.72 −0.004 +0.0003 −0.01 < 10−4 −8259.32

EM calc. (T. Koike) Strong int calc. via Seki-Matsutani potential (N. Ikeno, J. Yamagata-Sekihara, S. Hirenzaki)

⇒ Non-negligible contribution from 3p level

Electron screening effects

23

Transitions Electron screening effect (eV) Transition Configuration K-shell L-shell energy contribution contribution (eV) no electron

• 6428.78

4f → 3d 1s1 2s2 2p1 −0.19 −0.02 6428.57 1s2 2s2 2p1 −0.31 −0.01 6428.46 Experimental result (this work) : 6428.39 ± 0.13 ± 0.09 no electron

• 6436.41

4d → 3p 1s1 2s2 2p1 −0.25 −0.02 6436.14 1s2 2s2 2p1 −0.42 −0.01 6435.98 Experimental result (this work) : 6435.76 ± 0.30 +0.11

−0.07

• calc. by T. Koike
• ne e- in K-shell

two e- in K-shell

good agreement within error

✓ favor two 1s electrons in the K-shell ✓ energy shift of measured parallel-transition is consistent with strong-int effect assessed via Seki-Matsutani potential

Conclusion :

• 4. J-PARC E62 exp. plan

J-PARC E62 collaboration

• M. Bazzia, D.A. Bennettb, C. Beruccic, D. Bosnard, C. Curceanua, W.B. Dorieseb,

J.W. Fowlerb, H. Fujiokae, C. Guaraldoa, F. Parnefjord Gustafssonf, T. Hashimotog, R.S. Hayanoh∗, J.P. Hays-Wehleb, G.C. Hiltonb, T. Hiraiwai, M. Iioj, M. Iliescua,

• S. Ishimotoj, K. Itahashig, M. Iwasakig,l, Y. Mag, H. Noumii, G.C. O’Neilb, H. Ohnishig,
• S. Okadag†, H. Outag‡, K. Piscicchiaa, C.D. Reintsemab, Y. Sadai, F. Sakumag,
• M. Satog, D.R. Schmidtb, A. Scordoa, M. Sekimotoj, H. Shia, D. Sirghia, F. Sirghia,
• K. Suzukic, D.S. Swetzb, K. Tanidak, H. Tatsunob,i, M. Tokudal, J. Uhligf,

J.N. Ullomb,m, S. Yamadan, T. Yamazakih, and J. Zmeskalc

Experimental setup @ K1.8BR

25

K- beam AC T0 E0 Degrader Lead shield DEF TES arrays X-rays X-ray tube

• Liq. He target

Cryostat for Liquid

3He / 4He target

Cryostat for x-ray detector system Enlarged view around TES & target cell

• Liq. helium

1.5 K 3 K

TES array

60 K

50 mK window 3 K window 10 cm

NIST TES system Liq 3,4He target system

J-PARC E62 experiment

Experimental setup (bird’s-eye view)

26

K- beam

existing target system for Liq. Helium 3 & 4

(used for K-pp search, E15 expt.)

Kaon beam detectors

stop K- in a target

NIST TES system

• 5. Commissioning run @ J-PARC

J-PARC E62 collaboration (K-He)

• M. Bazzia, D.A. Bennettb, C. Beruccic, D. Bosnard, C. Curceanua, W.B. Dorieseb,

J.W. Fowlerb, H. Fujiokae, C. Guaraldoa, F. Parnefjord Gustafssonf, T. Hashimotog, R.S. Hayanoh∗, J.P. Hays-Wehleb, G.C. Hiltonb, T. Hiraiwai, M. Iioj, M. Iliescua,

• S. Ishimotoj, K. Itahashig, M. Iwasakig,l, Y. Mag, H. Noumii, G.C. O’Neilb, H. Ohnishig,
• S. Okadag†, H. Outag‡, K. Piscicchiaa, C.D. Reintsemab, Y. Sadai, F. Sakumag,
• M. Satog, D.R. Schmidtb, A. Scordoa, M. Sekimotoj, H. Shia, D. Sirghia, F. Sirghia,
• K. Suzukic, D.S. Swetzb, K. Tanidak, H. Tatsunob,i, M. Tokudal, J. Uhligf,

J.N. Ullomb,m, S. Yamadan, T. Yamazakih, and J. Zmeskalc

• J. Zmeskal1 (spokesperson), M. Sato2 (co-spokesperson), S. Ajimura3, M. Bazzi4, G. Beer5, C.

• T. Hashimoto2, R.S. Hayano18, T. Hiraiwa3, M. Iio11, M. Iliescu4, K. Inoue19, S.

• E. Sbardella4, A. Scordo4, M. Sekimoto11, H. Shi4, M. Silarski4,24, D. Sirghi4,8, F. Sirghi4,8,
• K. Suzuki1, S. Suzuki11, T. Suzuki18, K. Tanida6, H. Tatsuno11, M. Tokuda21, A.

• T. Yamazaki2,18, Q. Zhang2

J-PARC E57 collaboration (K-d)

4-days beamtime

• n June, 2016

Kaon-stop tuning setup

28

K- beam secondary particle

tracking chamber

degraders

X-ray detectors

29

K- beam

Detector

SDD

prototype

TES

X-rays to be measured K-7Li 3d-2p Mn Kα from 55Fe source — NOT Kaonic x-rays — Items to be checked K-stop rate w/ K-Li x-rays in-beam resolution

(check rate dependence etc.)

realistic background condition

Experimental target : 7Li block

30

K

+

beam

beam veto counter SDD

7Li block

( 6 x 6 x 6 [cm2] )

Defining counter

10 20 30 40 50 Vertex Z (cm) 6 − 4 − 2 − 2 4 6 8 10 12 14 Vertex Y (cm) 10 − 5 − 5 10

Vertex reconstruction & TOF

31

defining counter beam veto counter SDD

Clear image of 7Li target (block 6 x 6 x 6 cm3)

Vertex Y [cm] Vertex Z [cm]

Range curve for K

+ stop

32

Thickness of adjustable degrader [mm]

10 20 30 40 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014

Number of K+ decay (arbitrary)

x 10-3 14 12 10 8 6 10 20 30 40

Max at 27 mm 0.9 GeV/c K+

preliminary

• bserved K-7Li 3d-2p x rays via SDD

33

0.9 GeV/c K-

K-7Li 3d-2p

p r e l i m i n a r y

10 20 30 40 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 10 20 30 40 50 100 150 200 250

Range curve comparison

34

Thickness of adjustable degrader [mm]

# of K+ decay (arbitrary) # of K-Li X-ray [counts/hr] Confirmed the same peak position

with tracking chamber system for 0.9 GeV/c K+ with SDDs for 0.9 GeV/c K- K-Li x-ray yield : ~180 counts / hr

(with 24 good SDDs)

consistent with G4 sim within error of ref. value:

K-Li yield = 15 ± 3 % / stop K [PRA 9 (1974) 2282]

14 12 10 8 6 x 10-3

p r e l i m i n a r y p r e l i m i n a r y

Setup from upstream

35

K beam

TESs

installed TES to be located at the position expected in E62 physics run installed Lead blocks to shield TES from direct hits

• f charged particles

Lead shield

TES typical spectra

36

Spill OFF Spill ON

5.84 5.86 5.88 5.90 5.92 5.94 30 25 20 15 10 5 x103 Energy [keV] Counts 5.84 5.86 5.88 5.90 5.92 5.94 Energy [keV]

14 12 10 8 6 4 2

x103 Counts

ΔE = 6.7 eV (FWHM) ΔE = 5.0 eV (FWHM)

Averaged charged-particle hit rate : ~0.1 [cps]

• Typical run with -0.9 GeV/c
• Summed up all pixels having <10 eV resolution (~80% TES pixels)

p r e l i m i n a r y p r e l i m i n a r y

If no lead shield, ΔE > 10 eV. ⇒ Lead shield was quite effective.

• 6. Summary

Summary

38

๏ K-atom data is not good enough to determine K-nucl. potential

• > High-resolution kaonic-atom x-ray spectroscopy with TES

๏ 2014 : demonstrated the feasibility via π-atom w/TES @ PSI ๏ 2015 : approved by J-PARC PAC (Program Advisory Committee) ๏ 2016 : commissioning run (K-stop tune & TES test) @ J-PARC ๏ Ready for physics run — in 2017 !