JPS 2004/03/27 1

KEK-PS E325KEK-PS E325 実験における実験におけるベクター中間子の質量に対する核物質効果の測定ベクター中間子の質量に対する核物質効果の測定

KEK-PS E325KEK-PS E325 実験における実験におけるベクター中間子の質量に対する核物質効果の測定ベクター中間子の質量に対する核物質効果の測定

京大理，高エ研 A ，理研 B ，東大 CNSC ，東大 ICEPPD ，東北大 E ，阪大 F

佐久間史典，千葉順成 A ，延與秀人 B ，深尾祥紀，舟橋春彦，浜垣秀樹 C ，

家入正治 A ，石野雅也 D ，神田浩樹 E ，北口雅暁，三原智 D ，三輪浩司，

宮下卓也，村上哲也，武藤亮太郎 B ，名倉照直，成木恵，能町正治F ，

小沢恭一郎 C ，佐々木修 A ，佐藤博紀，関本美智子 A ，田原司睦 B ，田中万博 A ，外川学，山田悟，四日市悟 B ，吉村善郎

•Physics motivation

•E325 Setup

•2002 data analysiswith full detector sim.with model calc.

•summarye+e- invariant mass

Cu

φ→e+e-

ω→e+e-

2

QCD 真空中での有効質量　 mu m≒ d 300MeV/c≒ 2

ms 500MeV/c≒ 2

カイラル対称性の破れ

クォークの質量獲得メカニズム

　　裸の質量mu≒md≒5MeV/c2

ms 150MeV/c≒ 2

どのようにして検証するか ?

原子核中のような有限密度下におけるカイラル対称性の部分的回復

ベクターメソンを用いた不変質量分布の変化の測定

Physics Motivation

カイラル対称性の回復

QGP のような高温高密度の下でのカイラル対称性の回復 ・・・ RHIC,LHC,etc.

3

massmass

ρ/ωρ/ω

φφ

真空中に比べて通常原子核密度内での質量変化は　　 ～ 150MeV/c2

真空中に比べて通常原子核密度内での質量変化は　　 ～ 20-40MeV/c2

～ 4.3MeV/c2 の狭い崩壊幅　　⇒ mass spectrum の変化に敏感

クォークの有効質量の変化をとらえやすい2xMq+(small interaction term)

Vector Meson

T.Hatsuda,S.H.Lee,Phys.Rev.C46,R34 (1992).

・・・しかし、 ρ/ω の区別は難しい & ρ の幅は広くて分かりにくい ρ0::normal nuclear density

Di-electron decayDi-electron decayFinal state interaction の影響を

あまり受けない

predictions of vector meson predictions of vector meson modification in mediummodification in medium

Brown,Rho(1991), Hatsuda,Lee(1992),Klingle,Keiser,Weise(1997),etc.

4

ρ/ω eρ/ω expected Shape

nuclear density: Woods-Saxonmass shape: Breit-Wigner + mass modification. (m*/m=1-0.16ρ/ρ0)generate : 原子核前半球

I. JAM より得た momentum で飛ばし、寿命に従って e+e-

に decay させるII. decay point の密度により

mass を求める

*detector effect は含まない

C

Cu

Pb

In vacuum

p

e

e p

e

e

ρ/ωρ/ω

outside decay inside decay

outsidedecay

insidedecay

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KEK-PS E325

核内で崩壊する～ 2GeV/c の遅いベクターメソンを測定する

e+e-,K+K- invariant mass

Primary proton beam (~109/spill/1.8s) を用いる

γconversion を減らすために薄いターゲットを用いる(0.4% radiation length & 0.2% interaction length @C)

12GeV p+A→ρ,ω,φ+X

MeasurementsMeasurements

BeamBeam

TargetTarget

Related ExperimentsRelated Experimentsinvariant massinvariant mass• CERES@CERN

– 158A GeV Pb – Au collisions– e+e- 　 spectrum modification

• RHIC@BNL– 200A GeV Au – Au collisions– e+e-,K+K- channels

• TAGX@INS– A(γπ+π-)X ; A=2H, 3He, 12C– ρ→π+π- spectrum modification

bound statebound state• Deeply bound pionic atom@GSI

– Sn(d,3He)– πN interaction in pion-nucleus pote

ntial

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Setup

12GeV proto

n

beam

Forward LG Calorimeter

Rear LG Calorimeter

Side LG Calorimeter

Hodoscope

Aerogel Cherenkov

Forward TOF

Front Gas Cherenkov

Rear Gas Cherenkov

Barrel Drift Barrel Drift ChamberChamber

Cylindrical Cylindrical DCDC

Vertex Vertex DCDC

B

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Observed e+e- invariant mass spectra

C

Fitting with known Fitting with known sourcessourcesHadronic source of e+e-

•ρ/ω/φ→e+e-,ω→π0e+e-, η→γe+e-

•Breit-Wigner shape(no modification)•Detector simulation by Geant4 (energy loss, acceptance, etc.)

Background•combinatorial background obtained by mixed events

Relative abundance of mesons and background

•determined by fitting

ω→e+e-

φ→e+e-

2002 run data(~70% of total data)

8

Detector Simulation by Geant4

tracking region の物質を全て再現•chamber wire も 1 本 1 本全て入っている ~20,000 本

考えている Physics•Energy loss (Ionization, Bremsstrahlung)•Multiple Scattering

acceptance の再現chamber resolution, efficiency の再現

radiative tail

ω→e+e-

Breit-Wigner

9

Detector Simulation Study Ks→π+π- ω→e+e- φ→e+e-

resolutionresolutiondata:3.5±0.2(stat.) ±0.1(sys.)MC :3.1±0.1(stat.) ±0.1(sys.)

data を再現する

resolutionresolutiondata:8.8±1.3(stat.) ±1.4(sys.)MC :7.5±0.2(stat.) ±0.2(sys.)

resolutionresolutiondata:9.2±0.4(stat.) ±0.4(sys.)MC :5.9±0.1(stat.) ±0.3(sys.)

peakpeak の左側合わないの左側合わない !!

いずれもいずれも peakpeak の右側は良く合うが、左側は…の右側は良く合うが、左側は…

CC

CC

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Fitting results

excess

excess

excess

excess

C Cu

ω の peak の左側に既知の hadronic source からは説明不可能な excessexcess が見られる

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Fitting results ( background subtracted )

ratio is consistent with zero ratio is consistent with zero0.00.01(stat.)0.2(sys.) 0.00.05(stat.)0.5(sys.)

Excess Excess は は modified ρ(ω) mesons modified ρ(ω) mesons によるものと理解できるによるものと理解できる

CC CuCu

12

Model Calculation•generate : 原子核前半球表面

•mass shape : Breit-Wigner + mass modification.•ρ/ω ratio = 1 [ 過去の実験 (pp) より ]•decay width は変えていない

m*/m=1-0.16/0

CC CuCu

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summary

KEK-PS E325 実験は 12GeV/c2p+A=ρ,ω,φ+X において、 e+e-,K+K- 両channel の測定を行う実験で、ベクターメソンに対する通常原子核密度通常原子核密度内における核物質効果の測定を目的として行った。

Geant4 を用いて詳細な Detector Simulation を行った。

(modification していない )Breit-Wigner shape で fit した結果からは、 ωの peak の左側に既知の hadronic source からは説明不可能な excessexcess が見られ、 ρ/ωratioρ/ωratio はは 00 にに consistentconsistent な結果となった。つまり、 modified ρ(ω) mesonsmodified ρ(ω) mesons が excess に寄与していると考えることが出来る。

vector meson modification の簡単なモデル計算は、観測された mass shape をよく再現する。

φ メソンの詳細な解析を進めている。

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Measured Kinematical Distribution

ycm(1.66)

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commentcomment materialmaterial InteractioInteraction lengthn length

radiation radiation lengthlength

C 0.21% 0.4%

Cu 0.05% 0.6%

total C,Cux4 0.41%0.41% 2.8%2.8%

90mm

23mm

C

Cu

Target @’02

beambeam

Cu

CuCu

Vertex DistributionVertex Distribution

mm

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φ→K+K−ω→e+e−φ→e+e−

1997 June

First Physics Run 　 with K+K− 99

1998 May

Already Published (P.R.L.vol.86 　 22(2001) )

9512

1999 July Hawaii JPS/QM2002/PANIC02

178～ 700～ 125

2000 June

Dec.

Production Run with newly

installed Vertex Chamber &

Lead Glass Calorimeter

2001 Nov.

DriftChamber preAmp Upgrade

Production Run ～ 350 ～ 6500

～ 13002002 Feb.

LAST Production Run

History

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Trigger

JPS 2004/03/27 19

Electron ID

JPS 2004/03/27 20

Spectrometer Performance

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Mass Acceptancemass acceptance for ρ→e+e-mass acceptance for ρ→e+e-

invariant mass [GeV/c2]

accep

tan

ce

C targetC target