KEK-PS E325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

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1 KEK-PS E325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
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 Cu ω→e+e- Physics motivation E325 Setup 2002 data analysis with full detector sim. with model calc. summary φ→e+e- JPS 2004/03/27 e+e- invariant mass

2 Physics Motivation クォークの質量獲得メカニズム どのようにして検証するか? カイラル対称性の回復 カイラル対称性の破れ
　　裸の質量 mu≒md≒5MeV/c2 ms≒150MeV/c2 QCD真空中での有効質量 　mu≒md≒300MeV/c2 ms≒500MeV/c2 カイラル対称性の破れ どのようにして検証するか? 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. 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

3 predictions of vector meson modification in medium
Brown,Rho(1991), Hatsuda,Lee(1992), Klingle,Keiser,Weise(1997),etc. mass 2xMq+(small interaction term) クォークの有効質量の変化をとらえやすい Di-electron decay Final state interaction の影響を あまり受けない ρ/ω 真空中に比べて通常原子核密度内での質量変化は　　 ～150MeV/c2 ・・・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 φ 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 ρ0::normal nuclear density T.Hatsuda,S.H.Lee,Phys.Rev.C46,R34 (1992).

4 ρ/ω expected Shape C In vacuum Cu Pb p e ρ/ω outside decay
nuclear density: Woods-Saxon mass shape: Breit-Wigner + mass modification. (m*/m=1-0.16ρ/ρ0) generate : 原子核前半球 JAMより得たmomentumで飛ばし、寿命に従ってe+e-にdecayさせる decay pointの密度によりmassを求める *detector effectは含まない In vacuum Cu inside decay outside decay p e ρ/ω outside decay inside decay Pb

5 KEK-PS E325 Related Experiments invariant mass Measurements
158A GeV Pb – Au collisions e+e-　spectrum modification 200A GeV Au – Au collisions e+e-,K+K- channels A(γπ+π-)X ; A=2H, 3He, 12C ρ→π+π- spectrum modification bound state Deeply bound pionic Sn(d,3He) πN interaction in pion-nucleus potential Measurements 12GeV p+A→ρ,ω,φ+X e+e-,K+K- invariant mass 核内で崩壊する～2GeV/cの 遅いベクターメソンを測定する Beam Primary proton beam (~109/spill/1.8s)を用いる Target 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 JPS 2004/03/27

6 Forward LG Calorimeter
Setup Hodoscope Aerogel Cherenkov Forward TOF Forward LG Calorimeter Rear LG Calorimeter Side LG Calorimeter Barrel Drift Chamber Cylindrical DC Vertex DC B Front Gas Cherenkov Rear Gas Cherenkov 12GeV proton beam JPS 2004/03/27

7 Observed e+e- invariant mass spectra
Fitting with known sources Hadronic 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 2002 run data (~70% of total data) C ω→e+e- φ→e+e- JPS 2004/03/27

8 Detector Simulation by Geant4
radiative tail ω→e+e- Breit- Wigner 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

9 Detector Simulation Study
Ks→π+π- ω→e+e- φ→e+e- resolution data:9.2±0.4(stat.) ±0.4(sys.) MC :5.9±0.1(stat.) ±0.3(sys.) peakの左側合わない! C C resolution data:3.5±0.2(stat.) ±0.1(sys.) MC :3.1±0.1(stat.) dataを再現する resolution data:8.8±1.3(stat.) ±1.4(sys.) MC :7.5±0.2(stat.) ±0.2(sys.) いずれもpeakの右側は良く合うが、左側は…

10 ωのpeakの左側に既知のhadronic sourceからは説明不可能なexcessが見られる
Fitting results C Cu excess excess ωのpeakの左側に既知のhadronic sourceからは説明不可能なexcessが見られる JPS 2004/03/27

11 Excess は modified ρ(ω) mesons によるものと理解できる
Fitting results ( background subtracted ) C Cu r / w ratio is consistent with zero 0.0A0.01(stat.)A0.2(sys.) 0.0A0.05(stat.)A0.5(sys.) Excess は modified ρ(ω) mesons によるものと理解できる JPS 2004/03/27

12 Model Calculation m*/m=1-0.16r/r0 C Cu 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 C Cu

13 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excessが見られ、ρ/ωratioは0にconsistentな結果となった。つまり、 modified 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。 JPS 2004/03/27

14 JPS 2004/03/27

15 w Measured Kinematical Distribution
ycm(1.66) JPS 2004/03/27

16 Target @’02 Vertex Distribution C beam C 0.21% 0.4% Cu 0.05% 0.6%
comment material Interaction length radiation length C 0.21% 0.4% Cu 0.05% 0.6% total C,Cux4 0.41% 2.8% Vertex Distribution Cu Asdf Cu C Cu 90mm Cu 23mm mm beam JPS 2004/03/27

17 History First Physics Run with K+K− 99 Already Published 95 12
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) ) 95 12 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 ～1300 2002 Feb. LAST Production Run JPS 2004/03/27

18 Trigger

19 Electron ID JPS 2004/03/27

20 Spectrometer Performance
JPS 2004/03/27

21 Mass Acceptance C target mass acceptance for ρ→e+e- acceptance
invariant mass [GeV/c2]