核子当たり 158GeV の鉛･鉛衝突における π 中間子 , K 中間子 , 陽子の一粒子包括測定

1. 核子当たり158GeVの鉛･鉛衝突におけるπ中間子,K中間子,　陽子の一粒子包括測定核子当たり158GeVの鉛･鉛衝突におけるπ中間子,K中間子,　陽子の一粒子包括測定 理工学研究科２年 学籍番号　993248 氏　名　　　相澤美智子 指導教官 　三明康郎

2. 原子核 原子核 高エネルギー原子核･原子核衝突実験 • 高エネルギー原子核･原子核衝突実験の目的 • 高温･高密度相の生成と理解 • 衝突の様相を見る方法 • 衝突反応によって生成した粒子を測定 • 粒子生成量、生成比､運動量分布を他の実験や理論計算と比較する 粒子生成量 • 基本的な測定量 • 様々なエネルギー・粒子の衝突について測定されている 粒子生成･放出

3. 目的 　核子当たり158GeVの鉛･鉛原子核衝突実験における粒子生成量を求め、衝突反応機構を考察する｡ 　次のことを方針として解析した｡ １．π＋中間子、Ｋ＋中間子､陽子の一粒子生成量を　　中心衝突度毎に求める。 ２．求められた粒子生成量を、基本的な模型と比較　　検討する • 　核子･核子衝突の重ね合わせ • Wounded nucleon model

4. WA98実験による測定 • WA98実験 • 核子あたり158GeVの鉛・鉛衝突実験 • 検出器系 • Spectrometer • 位置検出器 • Pad chamber×2 • Streamer tube detector×2 • 飛行時間測定器(JTOF) • Zero Degree CalorimeterとMid Rapidity Calorimeterで中心衝突度を測定

5. Number of spectator nucleons MIRAC(GeV) ZDC(GeV) 0 2 4 6 8 10 12 14 Impact parameter b (fm) 中心衝突度の決定 b ZDCの測定値は、衝突の幾何学的描像と合っている。 実験値　　　　幾何学的描像 EZDC∝Nspectator 周辺衝突 中心衝突 ZDCとMIRACで 相補的な測定を行っている。 E(MIRAC)∝Nparticipant イベント数 1 2 3 4 5 本研究ではMid Rapidity Calorimeterの測定値を中心衝突度の物差しとし、中心衝突度を５段階に分けて解析を行った。 0 100 200 300 400 500 MIRAC測定値(GeV)

6. a b B magnet 生成粒子数の測定 飛跡再構成 3hits track 位置検出器上の位置情報(hit)を直線でfitして飛跡を得る 4hits track 運動量測定 • 磁場中での飛跡の曲率を計算して運動量を得る 粒子識別 • 運動量p、飛行時間tof、飛跡Lを用いて粒子質量m0を計算

7. 検出された生の粒子数 y 検出された粒子数のy-mT分布が得られた この粒子数には、測定法に依存する様々な効果が含まれており、本来の粒子生成量を表していない。 補正が必要である。 3.7 2.8 3.0 2.3 1.3 1.4 0 yCM 0 0 yCM yCM 1 1 1 mT-m0 Ｋ+中間子 陽子 π+中間子 φ x 運動量を(mT,y,φ)で表す。 z y ビーム軸方向

8. θ z ビーム軸方向 (y, mT-m0)と(p, θ)の対応 p2+m02+ p・cosθ 1 2 y ln = p2+m02- p・cosθ mT - m0 (p・sinθ)2+m02 = mT-m0 mT-m0 mT-m0 θ= 20° p=10(GeV) p=10 θ= 20° p=10 θ= 15° θ= 20° θ= 10° θ= 15° p=4 θ= 15° θ= 5° p=4 θ= 10° p=4 θ= 10° p=1 θ= 5° p=1 p=1 θ= 5° y y y π中間子　m0=0.14(GeV) Ｋ中間子 m0=0.49 (GeV) 陽子 m0=0.94 (GeV) mT-m0 mT-m0 mT-m0 y y y

9. 補正が必要な効果 • 検出器のアクセプタンス • 多重散乱・粒子の崩壊 • 検出器の位置分解能 • 検出器の検出効率 検出されない方位角方向がある。 多重散乱や粒子の崩壊によって､飛跡が再構成されない場合や、ずれて再構成される場合がある。 検出器の位置分解能により､飛跡が再構成されない場合や、ずれた飛跡が再構成される場合がある。 検出器の検出効率により､飛跡が再構成されない場合がある。

10. y 発生させる 粒子数分布 Ngen(mT, y) mT-m0 検出器の幾何学的配置､ 多重散乱、粒子の崩壊、 検出器の分解能､ 検出器の検出効率 モンテカルロ シミュレーション 検出器から得られる位置情報 補正係数 飛跡再構成･ 運動量測定･粒子識別 y 得られた 粒子数分布 補正係数を実験で検出された生の粒子数に掛けて、補正を行う Nrec(mT, y) mT-m0 補正係数の算出

11. Background track 実験にはBackground hitがある。また再構成されなかった飛跡の位置情報もある。このようなhitが偶然に飛跡(background track)を構成してしまう可能性が考えられる。そこでBackground trackの出現確率を考察した。 backgroundの出現確率 それぞれの検出器に同じ多重度の異なるeventのhitを入れ、飛跡再構成した もともと入れたeventの飛跡の数に対し、構成された飛跡は次のようになった。 3hits background track:最大7.5% 4hits background track:最大0.04% 3hits trackと4hits trackとでBackground trackの出現確率に違いがある。

12. 4hits track 4hits track＆3hits track 3hits track 得られた一粒子分布（補正後） 4hits trackのみを用いて解析した場合､3hits trackのみを用いて解析した場合､　両方用いた場合について、それぞれ一粒子分布を求めた。 π中間子 central π中間子 陽子 Ｋ中間子 mT-m0 (GeV) 3hits trackと4hits trackの両方を用いたときから、±10%以内に他の解析結果があった｡　そこでこの値を系統誤差とした。 π＋中間子、Ｋ＋中間子､陽子の横質量分布が求められた｡

13. 単位ラピディティー当たりの粒子生成量：dN/dy単位ラピディティー当たりの粒子生成量：dN/dy 粒子生成量の横質量分布が指数関数形であると仮定し､横質量分布を積分してdN/dyを求めた｡ この粒子生成量がどのようなモデルで説明されるか考察する｡

14. モデル1 : 核子･核子衝突の重ねあわせ 高エネルギー原子核･原子核実験の特徴 原子核の大きさ＞＞ド・ブロイ波長：入射核の核子は、相手の核子を見る 衝突時間＜＜核の固有時間　：衝突の間に､核内核子の運動は無視できる 粒子の生成時間　～１fm/c：粒子生成前に何度も核子･核子衝突を起こす 核子･核子衝突 モデル1： 核子は原子核･原子核衝突の間､エネルギーを失わずに相手の核子と次々に衝突する。衝突回数は､原子核の幾何学的配置による。 衝突のたびに､核子･核子衝突1回分の粒子を発生する。 このモデルに従うならば､核子･核子衝突1回あたりのdN/dyは、同じエネルギーの陽子･陽子衝突のdN/dyと同じになるはずである。

15. 陽子･陽子衝突 π中間子 核子･核子衝突1回あたりのdN/dy π中間子は周辺衝突で陽子･陽子衝突のdN/dyに近い値である。Ｋ中間子は陽子･陽子衝突のdN/dyに近い値である。 このモデルは実験値より多く計算される｡ 陽子･陽子衝突 Ｋ中間子 0 200 400 周辺衝突 反応関与部核子数 中心衝突

16. モデル２：核子･核子衝突毎にエネルギーを失うモデル２：核子･核子衝突毎にエネルギーを失う π中間子についてモデル1が合わない理由としては､核子当たり158GeVのエネルギーは、粒子生成に使われるエネルギーを無視できるほど高くはないことが考えられる｡ そこで次のモデルを考えた。 モデル２：核子が核子と衝突するとき､次の衝突の前にその核子･核子衝突で粒子が生成する分だけエネルギーを落とす。 一個の核子が衝突を起こす回数の分布（計算による） 周辺衝突 中心衝突 運動量を持ったπ中間子をつくるためのエネルギーを放出して失う 衝突回数

17. モデル２におけるdN/dyの計算 生成されるπ中間子の運動量分布を以下のように仮定した。 は次のような分布とする dN/dy ｙ ymin ymax 単位ラピディティー当たりの平均横質量 ＜ｍＴ＞＝0.3[GeV] 陽子･陽子衝突における生成粒子数 陽子･陽子衝突のエネルギーとmultiplicityの関係から､n回目の衝突でのエネルギー放出量と粒子生成量を求めた｡

18. モデル２と実験値の比較 • π中間子は､モデル2の計算値は実験値より多い。 • Ｋ中間子は、モデル２の計算値は実験値より少ない｡ π中間子では､モデル2でも　Over estimateしているが、Ｋ中間子ではUnder estimateする。 モデル1による　π中間子のdN/dy モデル1による　　Ｋ中間子のdN/dy モデル2による　π中間子のdN/dy Ｋ中間子のdN/dy（実験値） モデル2による　　Ｋ中間子のdN/dy π中間子のdN/dy（実験値） 200 0 400 200 400 0 反応関与部核子数 反応関与部核子数

19. Busza et al. PRL 34, 836(’75) モデル3：Wounded Nucleon Model 核子・核子衝突と原子核同士の衝突では違いがあることが考えられる。そこで次に､核子・原子核衝突の実験値をよく説明する「Wounded Nucleon Model」を考える Wounded Nucleon Model 核子･原子核衝突における生成粒子数は何個のWounded Nucleonを作ったかにより決定される 入射粒子が衝突した標的核子の数 これを原子核･原子核衝突に拡張して考えると、次のようになる。 モデル3：生成粒子数は､反応関与部の核子数で決まる.

20. 実験値との比較 dN/dyが反応関与部核子数に比例するかどうかを調べた。 0 200 400 π中間子は反応関与部核子数に比例するので、Wounded Nucleon Modelに良く合うといえる。 Ｋ中間子は比例からややずれる傾向が見える

21. 反応関与部核子１個あたりのdN/dy π中間子は一定であり、dN/dyは反応関与部核子数に比例しているといえる。 Ｋ中間子は一定ではない。

22. Intra Nuclear Cascade Modelとの比較 核子・核子散乱だけでなく、生成粒子の２次散乱等の効果を入れたカスケード計算(RQMD)と比較した。 RQMD モデル1による　π中間子のdN/dy モデル1による　　Ｋ中間子のdN/dy モデル2による　π中間子のdN/dy Ｋ中間子のdN/dy（実験値） モデル2による　　Ｋ中間子のdN/dy π中間子のdN/dy（実験値） 200 0 400 200 400 0 RQMD 反応関与部核子数 反応関与部核子数 π中間子、Ｋ中間子のdN/dyの実験値により近い値となっている。

23. まとめ • 核子当たり158GeVの鉛･鉛原子核衝突におけるπ＋中間子､ Ｋ＋中間子、陽子の不変微分断面積の横質量分布を求め､その分布からそれぞれのdN/dyを求めた • 求められたdN/dyをもとに､高エネルギー原子核･原子核衝突の基本的な描像を考察した｡その結果､次のことがわかった｡ モデル１：核子･核子衝突の重ねあわせ π中間子は中心衝突になるに連れて、核子･核子衝突1回当たりのdN/dyが減少し、モデル1は実験値よりOver estimateする。 モデル２：核子･核子衝突を基本とし、衝突毎にエネルギーを失っていく反応 π中間子ではまだOver estimateしているが、Ｋ中間子はUnder estimateする。 モデル３：Wounded nucleon model π中間子は､モデルの予想と良く合う。