Geant4 による E31 の Simulation と　　　　　陽子検出用の設計

　　大阪大学理学研究科 井上謙太郎2010/12/03 @KEK ストレンジネス研究会

J-PARC E31 collaboration

榎本瞬 , 石橋直哉 , 井上謙太郎 , 川崎新吾 , 阪口篤志 , 吉田幸太郎 , 味村周平 A, 野海博之 A, 飯尾雅実 B ，板橋健太 B ，岩崎雅彦 B, 應田治彦 B, 大西宏明 B, 佐久間史典 B, 友野大 B, 塚田暁 B, 山

崎敏光 B, 石元茂 C, 岩井正明 C, 鈴木祥仁 C, 関本美知子 C, 豊田晃久 C, 石川隆 D, 佐藤将春 D, 鈴木隆敏 D, 施赫將 D, 竜野秀行 D, 橋本直 D, 早野龍五 D, 藤原裕也 D, 松田恭幸 E, 康寛史 F, 徳田真 F, 福田芳

之 F, 佐田優太 G, 永江知文 G, 平岩聡彦 G, 藤岡宏之 G, 福田共和 H, 溝井浩H,D.FasoI,O.MorraI,M.BragadireanuJ,C.CurceanuJ,C.GuaraldoJ,M.IliescuJ, 岡田信二

J,D.PietreanuJ,D.SirghiJ,F.SirghiJ,P.BehlerK,M.CargnelliK, 石渡智一 K,J.MartonK,鈴木謙 K,E.WidmannK,J.ZmeskalK,H.BhangL,S.ChoiL,H.YimL,P.KienleM,L.BussoN,G.Beer

阪大理，阪大 RCNPA ，理研 B ， KEKC ，東大理 D ，東大教養 E ，東工大理 F ，京大理 G ，大阪電通大 H ， INFN-TorinoI ， INFN-LNFJ ， SMIK ，ソウル国立大 L ，ミュンヘン工大 M ， Torino 大 N ，

Victoria 大 O

Λ(1405)

• Λ(1405):JP=1/2-,I=0,S=-1

I=1 I=0

∑(1192),1/2+

∑*(1385),3/2+

Λ(1116),1/2+

Λ(1405),1/2-

Λ(1520),3/2-

KN(1432)

-27MeV

KbarN(1426-16i) と π∑(1390-66i) の 重ね合わせ

KbarN 束縛状態について知りたい。→ KbarN の閾値以下での反応実験 d(K-,n) を行う。　（ KbarN 結合を強く反映した実験）

2

KbarNの強い束縛状態or

S-wave,I=0 　→ Λ*(1405)→π0∑0,π∑+ ,π+∑-

S-wave,I=1 　 → non-resonant(NR)P-wave,I=1 →∑*(1385) → π0Λ,π-∑+ ,π+∑-

pn

dn

∑

π

K-

t

Y*

K

d(K-,n) 反応・・ KN 直接反応できる。　　　　　　　　　（自由空間では反応できない）　　　　　　　　　 Non-resonant

I=1

Σ*(1385)P-waveI=1 Λ*(1405)

?Y*(mass)

S-wave

I=0,1

1420MeV/c2?

1405MeV/c2?

KN :1432MeV

3

J-PARC E31 実験

Neutron Counter

TOFΔT 〜 150ps

Neutron Counter

TOFΔT 〜 150ps

Target (D)Target (D)

Neutron 〜 1.3GeV/cNeutron 〜 1.3GeV/c

Λ*Λ*

崩壊粒子検出器系

(CDS)

崩壊粒子検出器系

(CDS)

〜 15m

Kaon 〜1GeV/c

Kaon 〜1GeV/c

質量欠損法で Λ(1405) のスペクトルを測定する2

)1405( )( ndK PPPMM

崩壊モードは崩壊粒子検出器系で同定する崩壊モードは崩壊粒子検出器系で同定する

Λ(1405) 崩壊モード• Λ(1405) → Σ-π+ → (π- n )π+

• Λ(1405) → Σ+π- → (π+ n )π-

→ (p π0)π-

• Λ(1405) → Σ0π0→(Λγ)π0 →(pπ-)γπ0

Proton 検出用 Detector の導入

崩壊粒子検出器系

Solenoid magnetSolenoid magnetCDH( Cylindrical Detector Hodoscpe CDH( Cylindrical Detector Hodoscpe

CDC( Cylindrical Drift Chamber)CDC( Cylindrical Drift Chamber)

TargetTarget

ZVC( Z Vertex Chamber)Z 軸

Σ- π+(Σ+ π-) モード

Solenoid magnetSolenoid magnet

CDH CDH

CDCCDC

TargetTarget

ZVCTo NC

π- CDH & CDSπ+ CDH & CDS

K- 1GeV/c

Σ0 π0 モード

Solenoid magnetSolenoid magnet

CDH CDH

CDCCDC

TargetTarget

ZVCBPCBPC

BPDBPD

To NC

π0 Not Detect

K- 1GeV/c

π- CDH & CDS

Proton BPD & BPD

後方散乱陽子TOF で運動量を決

定時間 :BPD

Tracking:BPC

後方散乱陽子TOF で運動量を決

定時間 :BPD

Tracking:BPC

BPC&BPD の目的(1) モードの特定 モードの特定

　　　　　　　　(Σ* → Λπ-0 → (p π-)π0) Λ* → Σ+π- → (p π0)π-

Λ* → Σ0π0 → (Λγ)π0 →(pπ-)γπ0

p 、 π- 不変質量 Y*,p,π- 欠損質量

Σ*→ Λπ0 Λ π0

Λ*→ Σ+π- π0

Λ*→ Σ0π0 Λ π0γ

BPC&BPD の目的(2)

Neutron

K-

Protonπ-

ZVCZVC

BPCBPC

　　　　　　　　

d(K- 、 n) 反応点の特定P と π- より Λ の運動量を求めるΛ と K- により反応点を同定→中性子の TOF 測定に影響→Λ(1405) の質量分解能に影響

広い有感面積を持ちつつTarget になるべく近づけた

い

広い有感面積を持ちつつTarget になるべく近づけた

い

Λ

BPC の設計

117

168

ASD 基盤

有感領域 115.2mm 　外径 168mm (ZVC 内径 170mm

ワイヤー間隔 3.6mm 一面 15ch XX’,YY’,XX’,YY’ の 8 面　　　

有感領域 115.2mm 　外径 168mm (ZVC 内径 170mm

ワイヤー間隔 3.6mm 一面 15ch XX’,YY’,XX’,YY’ の 8 面　　　

• J-PARC E31 実験に向け陽子飛跡検出器を　設計し、製作中である• シミュレーションにより十分な立体角があ

ること崩壊モードの同定ができることを確認中である

• 2011 年秋にエンジニアリングランを目指す

まとめと今後

Back up

Λ*

J.Yamagata-Sekihara,T.Sekihara,and D.Jido,paper in preparation

D(K-,n)π+∑- (PK=800MeV/c)

14

Geant4 Simulation

Σ0π0→(pπ-)γπ0

π0→ ２ γ

Λ

π-

Protonγ

Σ+π-→(pπ0)π-

π0→ ２ γ

π-

Proton

• Λ(1405) の質量による崩壊モードの Acceptance

Geant4 Acceptance

Σ-π+

Σ+π-→π+π-

Σ+π-→pπ-

Σ0π0→pπ-

PreliminaryPreliminary

• クレプシューゴルダン係数から

• |2 0>=√1/6π-Σ+ √2/3π0Σ0 √1/6π+Σ-

• |1 0>=-√1/2π-Σ+ 0 √1/2π+Σ-

• |0 0>=√1/2π-Σ+ -√2/3π0Σ0 √1/3π+Σ-

• I=1 から π0Σ0 に崩壊することはない。• Σ(1385)[I=1]→Σ0π0 へは × 。

17

18

pZ-TPC

target

BPD(MPPC)

BPCΛ

K-

BLC

pK-

Idea(5*10*350mm3×35 segment)

ビームテスト (@J-PARCK1.8BR)

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Trigger: electronBeam:-0.75GeV/c

Plastic(T0)Plastic (MPPC-50C)

(trigger)

Plastic(MPPC-100C)

Cherenkovcounter

約 2m(MPPC-T0)

・ minimum ionization・本実験に近いセットアップ。→ 飛行距離 ( 約２ m)→ 同じトリガー

Gas

MPPC-50

σ=246.4ps

(T0-PD)

Meantime[ns]

MPPC-50

MPPC-100

陽子検出器として性能があることを確認。実機製作を行う。

実機の時間分解能測定

• Sr-90 線源を用いて２本の実機をクロスして時間分解能を測定

20検出器の２本の差 (T1-T2[ns])

σ=288.4[ps]

Slewing 補正後

(σ 検出器 )=(σ 測定値 )/√2

σ=203.9ps