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

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

Λ(1405) I=1 I=0 Λ(1520),3/2- • Λ(1405):JP=1/2-,I=0,S=-1 -27MeV Λ(1405),1/2- ∑*(1385),3/2+ KbarNの強い束縛状態 ∑(1192),1/2+ or KbarN(1426-16i)とπ∑(1390-66i)の重ね合わせ Λ(1116),1/2+ KN(1432) 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）

KN :1432MeV 1420MeV/c2? 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） K 1405MeV/c2? π S-wave Y* Σ*(1385) P-wave I=1 ∑ pn I=0,1 d ? Λ*(1405) n t K- Non-resonant I=1 Y*(mass) 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+∑-

J-PARC E31実験 Neutron Counter TOF ΔT〜150ps 崩壊粒子検出器系 (CDS) Kaon〜1GeV/c Neutron 〜1.3GeV/c 〜15m Target (D) Λ* 質量欠損法でΛ(1405)のスペクトルを測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 magnet CDH( Cylindrical Detector Hodoscpe CDC( Cylindrical Drift Chamber) ZVC( Z Vertex Chamber) Z軸 Target

Σ- π+(Σ+ π-)モード Solenoid magnet CDH CDC π- CDH & CDS π+ CDH & CDS ZVC To NC K- 1GeV/c Target

Σ0 π0モード Solenoid magnet CDH CDC π- CDH & CDS 後方散乱陽子 TOFで運動量を決定時間:BPD Tracking:BPC BPD ZVC BPC To NC K- 1GeV/c π0 Not Detect Proton BPD & BPD Target

BPC&BPDの目的(1) モードの特定 (Σ* →Λπ-0 → (p π-)π0) Λ* → Σ+π-→ (p π0)π- Λ*→Σ0π0 → (Λγ)π0 →(pπ-)γπ0

BPC&BPDの目的(2) π- Proton ZVC Λ Neutron K- BPC d(K-、n)反応点の特定広い有感面積を持ちつつ Targetになるべく近づけたい 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

BPCの設計 ASD 基盤 168 117 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　　　

まとめと今後 • 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

Back up

D(K-,n)π+∑-(PK=800MeV/c) Λ* J.Yamagata-Sekihara, T.Sekihara,and D.Jido, paper in preparation

Geant4 Simulation Σ0π0→(pπ-)γπ0 Σ+π-→(pπ0)π- π- π- π0→２γ Λ Proton Proton γ π0→２γ

Geant4 Acceptance • Λ(1405)の質量による崩壊モードの Acceptance Preliminary Σ-π+ Σ+π-→π+π- Σ+π-→pπ- Σ0π0→pπ-

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×。

BPD(MPPC) Z-TPC p target K- Λ BLC BPC p K- Idea(5*10*350mm3×35 segment)

ビームテスト(@J-PARCK1.8BR) Plastic(MPPC-100C) Gas MPPC-50 Plastic (MPPC-50C) Cherenkov counter Plastic(T0) MPPC-100 (trigger) 約2m(MPPC-T0) MPPC-50 (T0-PD) Trigger: electron Beam:-0.75GeV/c σ=246.4ps ・minimum ionization ・本実験に近いセットアップ。 →飛行距離(約２m) →同じトリガー Meantime[ns] 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 Slewing補正後 σ=288.4[ps] (σ検出器)=(σ測定値)/√2 σ=203.9ps 検出器の２本の差(T1-T2[ns])

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