J-PARC E15実験 A search for deeply bound kaonic nuclear states

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1 J-PARC E15実験 A search for deeply bound kaonic nuclear states
by in-flight 3He(K-,n) reaction 参加研究機関数 １５ 参加人数 ４７

2 L 実験手法 K-pp neutron 3He K- p p- 3He(K-,n) 反応 cluster 不変質量 の再構成 反応
中性子測定における 質量欠損によるK-pp状態同定 崩壊 L p p- 終状態荷電のみの崩壊モード この反応では生成されたK-pp 束縛状態 は質量欠損測定および不変質量再構成 の両面から識別可能 不変質量 の再構成

3 本日の発表の概要 １）Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性 ２）Ｅ１５実験 検出器についての概要説明および現在の進展状況 前方スペクトロメータ
２）Ｅ１５実験　検出器についての概要説明および現在の進展状況 ビームライン スペクトロメータ 標的 崩壊粒子検出器群 前方スペクトロメータ 二重極電磁石 中性子カウンター K- 飛跡検出器等 1-1）　ビームラインスペクトロメータ 1-2）　3He 標的 1-3）　前方スペクトロメータ 1-4）　崩壊粒子検出器群 1-5）　信号読み出し回路 ３）実験建設予算に関する事項 ４）実験実施体制

4 本日の発表の概要 １）Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性 ２）Ｅ１５実験 検出器についての概要説明および現在の進展状況 前方スペクトロメータ
２）Ｅ１５実験　検出器についての概要説明および現在の進展状況 ビームライン スペクトロメータ 標的 崩壊粒子検出器群 前方スペクトロメータ 二重極電磁石 中性子カウンター K- 飛跡検出器等 1-1）　ビームラインスペクトロメータ 1-2）　3He 標的 1-3）　前方スペクトロメータ 1-4）　崩壊粒子検出器群 1-5）　信号読み出し回路 ３）実験建設予算に関する事項 ４）実験実施体制

5 Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性 1) （K- ,n） 素過程反応断面積 ２) Ｋ中間子ビーム強度の運動量依存性 反応断面積の観点から
1.0 GeVビーム付近のビームを使う　すなわち Ｋ１．８ＢＲ　ビームラインでの実験実施 K ビーム強度　Ｘ　反応断面積からの観点 K1.8BR最高ビーム運動量近辺での実験実施

6 Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性 （２） 3He(K-,n) 反応において中性子が 受ける運動量移行 K-pp cluster
Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性　（２） 3He(K-,n) 反応において中性子が 受ける運動量移行 K-pp cluster neutron K-pp 状態　束縛エネルギーが１００MeVを仮定 入射　Ｋ中間子ビーム　 1.0 GeV/c 放出　中性子の運動量 　　　1.3 GeV/c 前方に放出される 中性子運動量 飛行時間差（Time-Of-Flight）で測定 飛行距離一定 運動量が低い（飛行時間が長い）方が分解能が良い 質量欠損分解能　飛行距離１２ｍ 　　DMx (FWHM)= 28 Kbeam=1.0 GeV/c 　　DMx (FWHM)= 38 Kbeam=1.1 GeV/c 反応レート　と　質量欠損分解能の双方を考慮し、ビーム運動量 1.0GeV/c を選択

7 本日の発表の概要 １）Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性 ２）Ｅ１５実験 検出器についての概要説明および現在の進展状況 前方スペクトロメータ
２）Ｅ１５実験　検出器についての概要説明および現在の進展状況 ビームライン スペクトロメータ 標的 崩壊粒子検出器群 前方スペクトロメータ 二重極電磁石 中性子カウンター K- 飛跡検出器等 1-1）　ビームラインスペクトロメータ 1-2）　3He 標的 1-3）　前方スペクトロメータ 1-4）　崩壊粒子検出器群 1-5）　信号読み出し回路 ３）実験建設予算に関する事項 ４）実験実施体制

8 ビームラインスペクトロメータ 1. SQDQで構成されているビーム光学系
2. VI点と最下流の最終フォーカス(FF)点 でpoint to pointになるようにデザイン ビームラインに設置する検出器群 １．ビームライン飛跡検出器 ２．ビームホドスコープ（ＴＯＦカウンター） ３．粒子識別　Ａｅｒｏｇｅｌ　カウンター 実験で使用するＫ中間子ビーム運動量　 1.0 GeV/c、実際に飛跡検出器を置く位置 ＶＩ点および　ＦＦ点の６０ｃｍ上流 での ビームの拡がり

9 ビーム飛跡検出器 ビームホドスコープ ＫＥＫ－ＰＳ Ｅ４７１で製作、使用した Beam Line Chamber (BLC) BLC1
有効面積 16cm X 16 cm ワイヤー構成 X-X’ -Y-Y’ ４セット（計16 planes） アノードワイヤー数 32 wires / plane　（計512 wires） セルサイズ 5 mm cell ( 2.5mm drift length) BLC2 ＫＥＫ－ＰＳ　Ｅ549で製作、使用した Proton Drift Chamber (PDC) BLC1 有効面積 25cm X 25 cm ワイヤー構成 X-X’-Y-Y’ ４セット（計16 planes） アノードワイヤー数 32 wires / plane　（計512 wires） セルサイズ 8 mm cell ( 4.0 mm drift length) ビームホドスコープ BLC1 の直前（ＢＨ１）と　BLC2の直後（ＢＨ２）に設置

10 ヘリウム標的

11 前方スペクトロメータ 中性子カウンター ： ０度方向（ビーム軸）に放出される 中性子の運動量を測定（飛行時間差測定）
中性子カウンター　：　０度方向（ビーム軸）に放出される 中性子の運動量を測定（飛行時間差測定） 検出器としてはKEK-PS E549中性子カウンターを移設 ２０Ｘ５Ｘ１５０ｃｍ３　（幅Ｘ厚Ｘ長さ）の プラスチックシンチレーター　１１２本 構成 １６枚　Ｘ　７層構造 有効面積 3.2m X 1.5m　 光電子増倍管、ケーブル、読み出し回路まで 一式込みで移設し使用する。

12 中性子カウンター設置位置 現在のビームラインデザインで 実現可能最大飛行距離 ＦＦ点から１２ｍ
K1.8 BR へのビーム入射角度 の調整（現行より＋１０度）をすると 実現可能最大飛行距離 ＦＦ点から１５ｍ 中性子カウンターで測定する 質量欠損分解能の飛行距離依存性

13 ビームスイーパー（二重極電磁石） ビーム粒子を０度方向に設置する 中性子カウンターアクセプタンスから 蹴り出すための電磁石
崩壊粒子検出器すぐ下流に設置 電磁石への印加磁場と 中性子カウンター表面での ビームプロファイルを確認 ビーム粒子の直接ヒットを 抑えるためには 0.7 Tm 以上の磁場強度が必要 KURAMA（KEK-PS K2 beam line） 牛若(KEK-PS p2 beam line)　 静（KEK-PS T3 beam line） のいずれかを使用したい （間口の大きさからＫＵＲＡＭＡが第一候補）

14 Cylindrical Detector System (CDS)
崩壊粒子検出器群 Cylindrical Detector System (CDS) 検出器構成 ソレノイド電磁石 Cylindrical Drift Chamber (CDC) Cylindrical Detector Hodoscope (CDH)

15 ソレノイド電磁石 口径 1.2m, 最高磁場 0.7Ｔ 平成１９年３月納品 内部磁場マップ ソレノイド電磁石基本パラメータ
口径 Φ１２００ｍｍ 磁極長 １２００ｍｍ 磁場強度 ０．７Ｔ　（Ｍａｘ） 電流 １０００Ａ 電圧 ３５０Ｖ 直流抵抗 ０．３Ω 電力 ３５０ｋＷ 水路 ３４水路 重量 ２０トン

16 CDC セル構造　六角形 全体で１７層構成

17 CDH

18 本日の発表の概要 １）Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性 ２）Ｅ１５実験 検出器についての概要説明および現在の進展状況 前方スペクトロメータ
２）Ｅ１５実験　検出器についての概要説明および現在の進展状況 ビームライン スペクトロメータ 標的 崩壊粒子検出器群 前方スペクトロメータ 二重極電磁石 中性子カウンター K- 飛跡検出器等 1-1）　ビームラインスペクトロメータ 1-2）　3He 標的 1-3）　前方スペクトロメータ 1-4）　崩壊粒子検出器群 1-5）　信号読み出し回路 ３）実験建設予算に関する事項 ４）実験実施体制

19 本日の発表の概要 １）Ｅ１５実験で使用するビームの妥当性 ２）Ｅ１５実験 検出器についての概要説明および現在の進展状況 前方スペクトロメータ
２）Ｅ１５実験　検出器についての概要説明および現在の進展状況 ビームライン スペクトロメータ 標的 崩壊粒子検出器群 前方スペクトロメータ 二重極電磁石 中性子カウンター K- 飛跡検出器等 1-1）　ビームラインスペクトロメータ 1-2）　3He 標的 1-3）　前方スペクトロメータ 1-4）　崩壊粒子検出器群 1-5）　信号読み出し回路 ３）実験建設予算に関する事項 ４）実験実施体制

20 Garfield を用いたフィールド計算 Garfield を用い計算した 等ポテンシャル面 Y [cm] Y [cm] X [cm]
　　　　等ポテンシャル面　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Y [cm] X [cm] X [cm]

21 ＣＤＨ ＣＤＣの周りを囲むシンチレーターカウンター セグメント ６０ を両読み ＰＭＴ ファインメッシュ型 ５０本すでに購入
セグメント　６０　を両読み ＰＭＴ　ファインメッシュ型　　５０本すでに購入 読み出し回路　ＴＫＯ（？）