KEK 素核研 飯沼裕美 加速器研究施設+ 超電導低温工学セン ター 超電導低温工学セン ター 内容 内容 1. g-2 実験紹介 2. 貯蔵リング概要 ビーム入射 ビーム入射 貯蔵リング磁場形状 貯蔵リング磁場形状 3. 今後の課題と R&D 項目 磁場測定システム( NMR+ ホール素 子) 磁場測定システム( NMR+ ホール素 子) 外乱磁場見積もりのための準備 外乱磁場見積もりのための準備
What and Why a =(g-2)/2 ? 均一磁場 B の中のミューオンの スピン歳差運動周期 a を測る と・・・・ 磁場の強さに比例, ミューオン運動量に依存しな い。 例: T a (= 2 / a )=2.2[ s] with B=3[T] a Dirac 0, a e 0.001, a 0.001, a p /3/21 標準理論予言 値との比較 KEK Hiromi Iinuma
New g-2/EDM experiment at J-PARC 年 12 月プロポーザルを J-PARC PAC に提出。 強いサポート意見+多くの宿題を得る。 2010 年 7 月 (pre-)Conceptual Design Report 提出を目指す。 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma
1. 貯蔵リング収束電場 E= ゼロ 2.P T /p L ~ 程度の超ストレートビーム 室温標的からのミューオニウムをレーザー乖離して 300MeV/c まで加速 =3 ( =0.92), 3. 高強度・高均一度のコンパクト貯蔵リング磁場 3 tesla (R=33.3cm), 1ppm local MRI 技術応用! 非常に弱い (<0.1ppm) 収束磁場オプションも検討 4. コンパクト貯蔵リング内側に更にコンパクトな崩壊電子検 出器 E>175MeV 崩壊陽電子検出 高いイベントレート 1MHz (rate/Si-strip, 入射直後 ) 新実験のキモ 4 つ /3/21KEK Hiromi Iinuma ミューオニウム生成機 構 廣田誠子 23pBS-3
1m 崩壊陽電子検出器 Tracking of low energy e+ (~200 MeV) Reconstruct trajectory and find decay point Monitor (average) -beam behavior 小さい領域に盛りだくさ ん 貯蔵リング磁石 貯蔵磁場 (3 Tesla) および ビームキッカー 安定入射のための適切なフリンジフィールドデザイ ン, ビームを ”good field region” で止めるためのキッカー, ”good field region” のローカル均一度 B/B <0.1 ppm, 残留電場 E < 10mV/m. 磁場測定 NMR プローブ 0.1ppm ホール素子 10ppm スキャン時のプローブの位置制 御 磁場外乱要因 ( 温度 & 振動 ) 測定結果のフィードバック 2010/3/215KEK Hiromi Iinuma
どうやってビーム入射するか? 6 新しい入射スキームの開発: ソレノイド磁石のフリン ジフィールドを利用し、 斜め上からスパイラル入 射 動径方向磁場がビームの 向きを水平方向へ誘導 垂直キック ~10mrad サイン関数形パルス 20 ターンで止めるには、 ピーク磁場 1.3 Gauss 程度必要. コンパクト強磁場リングへの水平入射は技術的に難し い : 3[T] 磁石のフリンジフィールドをキャンセル 水平キック (~ 60 mrad) 60 mrad OPERA 3-D OPERA -3D 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma 動径方向 キック磁場
ビーム軌道沿いの磁場形状 y 軸成分 (B y ) と 動径成分 (B R ) 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma7 ++ ++ B R < 0.1 tesla ByBy
フリンジフィールド のビームアクセプタ ンス 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma8 y軸y軸 xz 面 >0 y Solenoid axis y>0 <0 y<0 中心軌道 (0,0) から y= 1.5cm, = 0.015mrad の範囲でランダムに入射条件を振った。
“good field region” 完全均一磁場 vs. 弱い収束磁場 ? A)33 秒後、ビームは y 軸方向に y=10cm 広がる。 B) 陽電子検出器の Y 軸方向に十 分なアクセプタンスを持たせ る。 C) データ取得の最初と最後で検 出器の違う部分で検出するこ とになる。 D) 時間リニアリティー ppb レベ ルを達成できるか? E) そもそも、ビームダイナミク スとして大丈夫? n=0 だし。 弱収束条件 を満足するようにすると、 n=3E-5 を 得る。 (A ~ E) を解決できそう。 y=10cm 1cm 未満 Spin も大丈夫そう・・・ by GEANT4 独立にクロスチェック必要。 磁場測定が大変か? 2010/3/219KEK Hiromi Iinuma
今後の課題と R&D 項目 1. 貯蔵リング磁石の具体設計( MRI 専門企業の協力): 安定入射のためのビーム条件の詳細を詰め中、 磁石外側から、周回軌道までのビーム軌道・スピン解 析中、 リターンヨークの穴あけモデル取組中、 キッカー磁場及び 弱収束磁場の具体設計とスピンが受 ける影響を算出 (これから。 BNL Spin tracking 専門家と 協力)、 加速器出口~貯蔵リング入射ポイントまでのビームラ イン設計 (これから)。 2. 磁場測定システム R&D : 試作機が 3 月末に仕上がる。 4 月より試験開始! 貯蔵リングの環境に伴う外乱磁場の見積もり(地面振動、 など)。 2010/3/2110KEK Hiromi Iinuma 2010 年 7 月 (pre-)Conceptual Design Report に盛り込む。
プローブ駆動システム作成中。 4 月より測定試験開始予定。 磁場測定システム R&D 11 ホール素子 独立 3- 軸チャンネル Range: 0 ~ 3tesla 、 3 レンジタイプ 3mT, 30mT, 300mT, 3T 10ppm NMR プローブ Range 2.6 ~ 3.4 tesla 1ppm for R&D 用 <0.1ppm for 本実験用 4 月より 3 tesla MRI を借用 4 月より 3 tesla MRI を借用 放医研 分子イメージングセンターの協力 プローブ自体は既製品で高精 度達成している。 R&D 項目は: プローブ位置、姿勢の制御 システム自体の磁場外乱の 見積もり・補正 絶対値補正の方法は? 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma
A C A ~ B の距離 2m 間の相関を見る A B A: 3 軸独立加速度計 + 1 軸加速度計(垂直) + 傾斜計 B: 3 軸独立加速度計 C: 傾斜計 2010/3/2112KEK Hiromi Iinuma J-PRAC MLF 床面 振動測定 3 軸独立加速度計 傾斜計 鋭意解析中
backup 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma13
3.どのような系統誤差があるか? 14 項目予想される原因 ( 目標程度)見積もり方法 B 制御 ( 補正電 流制御 ) 磁石温度による素材伸縮 (~0.1K) 実測する、 過去データ参照する、 OPERA 静磁場計算 (試験磁石に検出器をセッ トして NMR 測定する) 地盤振動、冷凍機による振動 (~0.5mm) 超電導コイル歪み、設置精度 (~0.5mm) 検出器・磁場測定プローブなどの外乱 B 測定 NMR プローブ駆動精度 (~1mm) 実測 ( 医療用 MRI 借用 ) 項目予想される要因 ( 目標程度)見積もり方法 a 制御残留電場の影響 (10 mV/m ) 実測、 OPERA 静電場計算 a 測定アクセプタンス変動(検出器設置精度、 ビーム軌道安定性、ビーム横方向広が り) GEANT4 計算 (周期的時間依存性がなけ れば、 a 中心値には関係な い。 a 測定精度が悪くな る。) ゲイン変動や、デッドタイムのイベン トレート依存性、チャンネル位置依存 性、 低エネルギー陽電子との分離、等 現在取組中です。 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma
B=1.45 Tesla 、直径 14m 、 1 周 45m 12 magnet yoke pieces 15 EDM=0 ミューオンのスピン歳差運動周期 a と磁場 B から a を求め る。 どうやって a を測っていたか ? e+e+ T a =4.4 sec 150 (g-2) Cycles in Positron Time Spectrum! PRD73, (2006) E e+ > 1.8 GeV カロリメー タ 更に改善するには、小さい貯蔵リング、高純 度・超ストレートミューオンビームが良い! 実は完全魔法運動量のビームではなく、 a 測 定値に 0.8ppm 程度の補正 をかけていた。 2010/3/21KEK Hiromi Iinuma
Kicker ver.0 model Helmholt z Example case: Kicker angle 0.2 degree 3.5mrad Peak field 1.3 Gauss is needed to stop within 20turns (20nsec). 80A, 3.5kV Helmholtz type Br(t)=B peak sin( t) 2010/3/2116KEK Hiromi Iinuma OPERA
Kicker ver.0 model Example case: Kicker angle 0.2 degree 3.5mrad Vertical velocity becomes zero after 20turn 、 (vertical motion is 7cm) pitch angle (mrad) turns B y axis XZ plane pitch angle Beam direction Br(t) 80A 2010/3/2117KEK Hiromi Iinuma
Y (cm) x (cm) 30 Coil OPERA 3-D /3/2118KEK Hiromi Iinuma