核内 ω 中間子質量分布測定のための検出器開発の現状

23aBC-7

東大理，理研 A ，京大理 B ，東大 CNSC ，高エ研 D

桝本新一，青木和也 A ，宇都宮和樹，小沢恭一郎，小松雄哉，高橋俊行 D 辻智也 C ，時安敦史 B ，成木恵 D ，四日市悟 A ，渡辺陽介

発表内容 γ線検出器開発背景

γ線検出器概要

Geant4によるγ線検出器のエネルギー分解能のsimulation

ω質量分布の Fast Monte Carlo simulation

γ線検出器開発背景• J-PARC実験

–原子核中でのω中間子の質量変化

p- + A + n + X

+ p0 + g

γ 線検出器が必要

3γ を検出することによりω の invariant mass を測定

-質量変化期待値　　9.1%　（～

70MeV）-Mass resolution 　　 25 MeV

γ線カロリーメータに要求される性能

γ線エネルギー : ～ 400MeV

エネルギー分解能：

Acceptance : 4πに近いほど良い

→CsI(Tl) を用いた　 γ 線カロリーメータ

n

n

target

～ a few %

参考とした既存 γ線検出器

n

n

target

CsI(Tl)γ 線検出器 @E246

hole を埋めてAcceptance 96%

200MeV までしかテストされていない

エネルギー分解能　 4.3%@100MeV　 2.8%@200MeV

Geant 4 と Fast MC を用いて、当実験の分解能を評価特に、 400MeV までのエネルギー分解能を Geant4 で simulation

NIM A440(2000)151

Simulationの流れ エネルギー分解能はシャワーの統計的なふらつきに依存　⇒shower development をsimulate し、　　エネルギー損失から、エネルギー分解能をsimulation

　－100MeV,200MeVで行われた既存のテスト結果との比較

　－実際のジオメトリで100～400MeVについての resolutionを評価

Geant4 で求めたエネルギー分解能を用いて　　Fast Monte 　Carlo　simulation

　－E246のstopped Kからのπ0崩壊の実験との比較

　－ω質量分布のSimulationによる評価

既存のビームテスト結果の再現前面 3cm×3cm,後面

6cm×6cm,長さ 25cmのCsIクリスタルを 5×6に並べたビームテスト

4.3%@100MeV,2.8%@200MeV4.2%@100

MeV3.0%@200MeV

６０ ８０ １００γ線エネルギー [MeV]

１５０ １８０ ２００γ線エネルギー [MeV]

シャワーの統計的なふらつきで分解能を再現できる

NIM A440(2000)151

Geant4 simulation実際のジオメトリで 100 ～ 400MeV のγ 線でエネルギー分解能を評価

この結果を用いて Fast Monte　 Carlo simulation

γ線エネルギー [MeV]

Fit:

既存のビームテスト結果

0.05

0.1

00 200 400

○計算結果

π ０ invariant mass の再現

DM/M5.6% DM/

M5.5%

0K

Simulation 結果π0 invariant mass 既存の実験結果 実験結果をほぼ再現

π0 invariant mass をsimulation し既存の実験結果と比較

Mass of π0 [MeV] Mass of π0 [MeV]

(NIM A494(2002)318)

mass resolutionの評価

質量 782MeV/c2,巾 0で計算を行い、γ線検出器のMass resolutionを評価した。

質量 782MeV の粒子の崩壊の質量分布

Invariant mass [MeV/c 2]

Mass　resolution⇒18MeV

予想ω質量分布

-Mass shift 　　

-ωが核子と強くＩｎｔｅｒactionするモデルを仮定(H. Nagahiro et.al, Nucl. Phys. A761(2005)92)

　

9.1%を仮定

ω 質量分布

conclusion Geant4で CsIカロリメータのエネルギー分解能を showerの統計的なふらつきで再現できることが分かった。

CsIカロリメータで、ω中間子の原子核中でのmass shiftを見るのに十分な resolutionが得られた。

今後の予定　 E06実験にむけた CsIカロリメータのテスト実験に参加

Combined measurements

resolution 100～ 400MeVで γ線を入射しエネルギー分解能を評価

Crystal No.7 Crystal No.1

Geant4 simulation実際のジオメトリで 100 ～ 400MeV のγ 線でエネルギー分解能を評価

この結果を用いて Fast Monte　 Carlo simulation

γ線入射エネルギー [MeV]

ω　meson mass shift

ω mass + back groundバックグラウンド

中性子検出器によるcut

によって生じる 4γのうち、3γのみが検出され π0γに見えてしまうもの

1００ＭｅＶ25cm

30cm 35cm

2００ＭｅＶ25cm

30cm 35cm

3００ＭｅＶ25cm

30cm 35cm

４００ＭｅＶ25cm

30cm 35cm

予想ω質量分布-Mass shift 　　-Yield計算の仮定

ωが核子と強くＩｎｔｅｒａctionするモデルを仮定核内幅は、吸収によりΓ=60MeV程度に大きくなっている

説明すること７８０ＭｅＶのピークは、核外崩壊で Intrinsicな幅と検出器による分解能を示す。質量変化を十分に捉えられる分解能が達成可能である。

9.1%を仮定

縦軸は、ω中間子の素過程での生成断面積を基にした中間子・核子反応モデルによる計算と 100shift、 10^7 per spillのビーム、ωのアクセプタンス（ 89％）を仮定した Yield

Combined measurements

中性子によるＭｉｓｓｉｎｇ　Ｍａｓｓと γ線検出器による Invariant massの測定を同時に行うことで、生成時と崩壊時の”質量”の相関を見て、物理を引き出す。