核内ω中間子質量分布測定のための 検出器開発の現状

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1 核内ω中間子質量分布測定のための 検出器開発の現状
23aBC-7 核内ω中間子質量分布測定のための 検出器開発の現状 東大理，理研A，京大理B，東大CNSC，高エ研D 桝本新一，青木和也A，宇都宮和樹，小沢恭一郎，小松雄哉，高橋俊行D辻智也C，時安敦史B，成木恵D，四日市悟A，渡辺陽介 前の講演のつづきです。 軸の名前->図にいれて、さらに口で言う

2 発表内容 γ線検出器開発背景 γ線検出器概要 Geant4による γ線検出器のエネルギー分解能のsimulation
ω質量分布のFast Monte Carlo simulation

3 γ線検出器開発背景 p- + A   + n + X p0 + g  +  γ線検出器が必要 J-PARC実験
原子核中でのω中間子の質量変化 -質量変化期待値　　 9.1%　（～70MeV） -Mass resolution 　　  25 MeV 反応の説明 ほとんど止まっているωが標的 3γを検出することにより ωのinvariant mass を測定 γ線検出器が必要

4 γ線カロリーメータに要求される性能 γ線エネルギー: ～400MeV ～ a few % エネルギー分解能：
Acceptance : 4πに近いほど良い 止まっているωの崩壊なので、・・・->400MeV　絵をかいてもいいかも back to back acceptance 角度分解能 セグメントの細かさ->細かいほうが、γ線マージが減らせてBGが減る、角度分解能 →CsI(Tl)を用いた 　γ線カロリーメータ target

5 参考とした既存γ線検出器 CsI(Tl)γ線検出器@E246 Geant 4 とFast MCを用いて、当実験の分解能を評価
NIM A440(2000)151 holeを埋めてAcceptance 96% エネルギー分解能 200MeVまでしか テストされていない Muon holeじゃなく、穴 Geant 4 とFast MCを用いて、当実験の分解能を評価 特に、400MeVまでのエネルギー分解能をGeant4でsimulation target

6 Simulationの流れ エネルギー分解能はシャワーの統計的なふらつきに依存 ⇒shower developmentをsimulateし、
　－100MeV,200MeVで行われた既存のテスト結果との比較 　－実際のジオメトリで100～400MeVについてのresolutionを評価 Geant4で求めたエネルギー分解能を用いて 　　Fast Monte　Carlo　simulation 　－E246のstopped Kからのπ0崩壊の実験との比較 　－ω質量分布のSimulationによる評価 100MeVで行われた既存のテスト結果とsimulationの結果を比較して、シミレーションの正当性をチェックし、 それで、実際のジオメトリで・・・ E２４６stopKも同様

7 既存のビームテスト結果の再現 4.3%@100MeV,2.8%@200MeV シャワーの統計的なふらつきで 分解能を再現できる
前面3cm×3cm,後面6cm×6cm,長さ25cmのCsIクリスタルを5×6に並べたビームテスト NIM A440(2000)151 シャワーの統計的なふらつきで 分解能を再現できる ６０ ８０ １００ １５０ １８０ ２００ γ線エネルギー[MeV] γ線エネルギー[MeV]

8 Geant4 simulation 実際のジオメトリで100～400MeVの γ線でエネルギー分解能を評価 0.1 Fit: 0.05
○計算結果 0.05 当たった位置 選んでいる理由 典型的な値だと考えられている もう一か所やったが、結果に変化はあまりみられなかった ->これでシミュレーション 既存のビームテスト結果 200 400 γ線エネルギー[MeV] この結果を用いてFast Monte　Carlo simulation

9 π０ invariant massの再現 π0 invariant mass をsimulationし既存の実験結果と比較
(NIM A494(2002)318) DM/M 5.6% DM/M 5.5% 横軸を言え それぞれの図が何で、何を示しているか Mass of π0 [MeV] Mass of π0 [MeV] π0 invariant mass 既存の実験結果 Simulation結果 実験結果をほぼ再現

10 Invariant mass [MeV/c 2]
mass resolutionの評価 質量782MeVの粒子の崩壊の質量分布 質量782MeV/c2, 巾0で計算を行い、 γ線検出器の Mass resolutionを評価した。 Mass　resolution ⇒18MeV Invariant mass [MeV/c 2]

11 予想ω質量分布 -Mass shift ω質量分布 9.1%を仮定 -ωが核子と強く Ｉｎｔｅｒactionする モデルを仮定
(H. Nagahiro et.al, Nucl. Phys. A761(2005)92) 説明すること　７８０ＭｅＶのピークは、核外崩壊でIntrinsicな幅と検出器による分解能を示す。質量変化を十分に捉えられる分解能が達成可能である。 縦軸は、ω中間子の素過程での生成断面積を基にした中間子・核子反応モデルによる計算と100shift、10^7 per spillのビーム、ωのアクセプタンス（89％）を仮定したYield

12 conclusion Geant4でCsIカロリメータのエネルギー分解能をshowerの統計的なふらつきで再現できることが分かった。
CsIカロリメータで、ω中間子の原子核中でのmass shiftを見るのに十分なresolutionが得られた。 今後の予定 　E06実験にむけたCsIカロリメータのテスト実験に参加 分解能を評価して、エネルギーの漏れで再現できることが分かった

13 Combined measurements
中性子によるＭｉｓｓｉｎｇ　Ｍａｓｓとγ線検出器によるInvariant massの測定を同時に行うことで、生成時と崩壊時の”質量”の相関を見て、物理を引き出す。

14 resolution 100～400MeVでγ線を入射しエネルギー分解能を評価 Crystal No.7 Crystal No.1

15 Geant4 simulation 実際のジオメトリで100～400MeVの γ線でエネルギー分解能を評価
当たった位置 選んでいる理由 図に、4.2%,3%の点 典型的な値だと考えられている もう一か所やったが、結果に変化はあまりみられなかった ->これでシミュレーション 式の最後のコウを消す γ線入射エネルギー[MeV] この結果を用いてFast Monte　Carlo simulation

16 ω　meson mass shift

17 ω mass + back ground バックグラウンド 中性子検出器によるcut によって生じる4γのうち、 3γのみが検出されπ0γに
見えてしまうもの 中性子検出器によるcut

18 1００ＭｅＶ 25cm 30cm 35cm

19 2００ＭｅＶ 25cm 35cm 30cm

20 3００ＭｅＶ 25cm 30cm 35cm

21 ４００ＭｅＶ 25cm 30cm 35cm

22 予想ω質量分布 -Mass shift 9.1%を仮定 -Yield 計算の仮定 ωが核子と強くＩｎｔｅｒａctionするモデルを仮定
核内幅は、吸収によりΓ=60MeV程度に大きくなっている 説明すること ７８０ＭｅＶのピークは、核外崩壊でIntrinsicな幅と検出器による分解能を示す。 質量変化を十分に捉えられる分解能が達成可能である。 縦軸は、ω中間子の素過程での生成断面積を基にした中間子・核子反応モデルによる計算と100shift、10^7 per spillのビーム、ωのアクセプタンス（89％）を仮定したYield

23 Combined measurements
中性子によるＭｉｓｓｉｎｇ　Ｍａｓｓとγ線検出器によるInvariant massの測定を同時に行うことで、生成時と崩壊時の”質量”の相関を見て、物理を引き出す。