HERMESのリングイメージング チェレンコフ検出器によるK中間子測定

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1 HERMESのリングイメージング チェレンコフ検出器によるK中間子測定
大須賀弘, 田中秀和, 宮地義之, S. Bernreuther, 米山茂信,　柴田利明,　他HERMES Collaboration 東京工業大学 柴田研究室 02/03/25 日本物理学会

2 内容 ・ はじめに ・ ＨＥＲＭＥＳ実験 ・ リングイメージングチェレンコフ（RICH)検出器 ・ Spin Asymmetryの結果
・　はじめに ・　ＨＥＲＭＥＳ実験 ・　リングイメージングチェレンコフ（RICH)検出器 ・ Spin Asymmetryの結果 ・　まとめ 02/03/25 日本物理学会

3 ΔΣ = Δu+Δu+Δd+Δd+Δs+Δs
はじめに 核子のスピン構造 quark (u,d,s) gluon Sz < sz > = 1/2 = 1/2ΔΣ +ΔG+Lq+LG ΔΣ = Δu+Δu+Δd+Δd+Δs+Δs ・ World data： ΔΣ ～ 0.2 ~ 0.3 クォーク・フレーバー毎の寄与（ Δu(x),Δu(x), Δd(x),Δd(x),Δs(x),Δs(x)) ハドロン生成の spin asymmetry の測定 02/03/25 日本物理学会

4 ＨＥＲＭＥＳ実験 27.5 GeV 偏極陽電子ビーム 偏極度 ~ 55 % 偏極標的ガス
偏極度 ~ 55 % 偏極標的ガス 3He (1995) ,H (1996,1997), D (1998～2000) 標的Dの偏極度 ~ 90%　 Particle Identification lepton-hadron separation Preshower/Calorimeter/TRD hadron identification Ring Imaging Cherenkov Counter Cherenkov 02/03/25 日本物理学会

5 リングイメージングチェレンコフ検出器 二重発光体 C4F10ガス n=1.0014 エアロジェル n=1.0303 反射鏡
外観図 RICHの 内部構造 Photons Aerogel Tiles Mirror C4F10 PMTs plane Aluminium 二重発光体 C4F10ガス n=1.0014 エアロジェル n=1.0303 反射鏡 60×40cm 枚 光検出器 3/4インチの光電子増倍管(1934個) 02/03/25 日本物理学会

6 RICH：チェレンコフ放射角度から速度測定(v)：
発光体の屈折率 n 磁気スペクトロメータ： 　　運動量測定(p)： 放射角θと運動量の関係 02/03/25 日本物理学会

7 Spin Asymmetryの導出 実験における spin asymmetry pB : ビームの偏極度 pT : 標的の偏極度
<D>： 仮想光子への偏極移行度 : ルミノシティ spin asymmetry は x-bin 毎に計算する 02/03/25 日本物理学会

8 Spin Asymmetry の結果 02/03/25 日本物理学会

9 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

10 チェレンコフ光発生の識別にもとづいたシミュレーション
RICHによる粒子識別の評価 RICHで100%正しく識別することはできない チェレンコフ光発生の識別にもとづいたシミュレーション による識別能力の評価 Identified hadrons True hadrons Identified hadrons と True hadrons を結びつける行列： 　P matrix : 粒子識別の制度を反映している量 02/03/25 日本物理学会

11 Corrected Spin Asymmetryの結果
02/03/25 日本物理学会

12 Summary Outlook HERMESは世界で初めて２重発光体のRICHを用い、 π中間子のみならずK中間子の識別をも可能にした。
K+ spin asymmetry は全体的に正の値を示したが、 　 K- spin asymmetry はx の小さい 　領域でほとんど0であることが示された。 補正した spin asymmetry を用いて、核子スピン 　に対するクォーク・フレーバー毎の寄与（ Δu(x),Δu(x), Δd(x),Δd(x),Δs(x),Δs(x)) を求める。 Outlook 02/03/25 日本物理学会

13 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

14 ＨＥＲＭＥＳ実験 HERMES 02/03/25 日本物理学会

15 Outlook 02/03/25 日本物理学会

16 リングイメージングチェレンコフ検出器 RICHの全体写真 エアロジェル発光体の外観 ・タイル 5×17列×5層 からなる発光体
エアロジェル発光体をインストールする直前 反射鏡に光電子倍増管が映っているのが見える 02/03/25 日本物理学会

17 ＨＥＲＭＥＳ実験 Acceptance : Vertical: mrad Horizontal : mrad 02/03/25 日本物理学会
PRESHOWER (H2) TRD RICH CALORIMETER Acceptance : Vertical: mrad Horizontal : mrad 02/03/25 日本物理学会

18 ＨＥＲＭＥＳ実験 02/03/25 日本物理学会

19 Corrected Spin Asymmetryの結果
02/03/25 日本物理学会

20 偏極深非弾性散乱 Inclusive γ Semi-inclusive Semi-inclusive 測定
lepton nucleon γ hadron hadronization fragmentation Inclusive Semi-inclusive Semi-inclusive 測定 散乱されたレプトンと生成ハドロンを同時検出する 02/03/25 日本物理学会

21 Spin Asymmetry Sγ+SN=1/2 σ1/2 qf-(x) Sγ+SN=3/2 σ3/2 qf+(x)
virtual photon Sγ+SN=1/2 σ1/2 e Beam spin Target spin virtual photon qf-(x) e Sγ+SN=3/2 σ3/2 Beam spin Target spin Inclusive/Hadron Spin Asymmetry A1 e/h e/h e/h e/h e/h 02/03/25 日本物理学会

22 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

23 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

24 DIS event 数の積算量 各年の積算した DIS event 数の変化
1998年のデータのみ（米山）に比べて、1998年から2000年までの全 データ（大須賀）は約7倍の統計量 統計誤差が大幅に減った。 02/03/25 日本物理学会

25 PMT の hit pattern からチェレンコフ角を決定する
IRT method PMT の hit pattern からチェレンコフ角を決定する Emission point : 発光体の中心と近似する 4点(C,D,S,E)は同一平面上にある 点Sは mirror 上にある 入射角=反射角 Sを決定する ための条件 02/03/25 日本物理学会

26 平均した放射角<θ>,広がりσ
粒子識別のアルゴリズム 粒子をπ,K,pに仮定し、それぞれについて確率評価する Likelihood の計算 hit した PMT の位置をもとに 　　チェレンコフ角θiを計算する 平均した放射角<θ>,広がりσ 実験データ 3.1 GeV pion 4.5 GeV electron 粒子をπ,K,pに仮定し、 それぞれについてLを計算し、 Lが最大の粒子を選ぶ Ring from aerogel Ring from gas 1934 PMTs 02/03/25 日本物理学会

27 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

28 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

29 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

30 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

31 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

32 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

33 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

34 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

35 Spin Asymmetryの結果 02/03/25 日本物理学会

36 Corrected Spin Asymmetryの結果
02/03/25 日本物理学会

37 identified particle type
MCによる P matrix の決定 identified particle type true particle type True particle type “n” をRICHが“m”と 識別したときの物理量A P matrix の定義 MCにより決定した粒子の yield (2~15 GeV/c　の全運動量領域) P matrix の要素の定義 たとえば これはRICHがpをKと identify する確率を表している 02/03/25 日本物理学会

38 Spin Asymmetryの結果（1998 vs 1998 ~2000)
02/03/25 日本物理学会

39 質問集 １．K+ spin asymmetry とK- spin asymmetryで有意な差が示されたのは物理的に どう解釈できるのか。
　　どう解釈できるのか。 A.　　 ２．今回の解析で工夫したことは？ A.　RICHにおける補正においてP-1を用いたこと。それは、数学上、 　　　　　　　　　Q matrix と等価であり、 ３．Inclusive spin Asymmetry が単調増加しているのは、どのように解釈すればいいか。 A. ４．運動量ｐはどうやって求められるか。 A.　チェンバーによって飛跡を再構成することにより曲率半径を求めることができる。 　　曲率半径は磁場と運動量ｐに比例するので、既知の磁場、曲率半径より 　　運動量ｐを求めることができる。　 ５．系統的誤差をどのように見積もったか。 A.　系統的誤差として、標的の偏極度、ビームの偏極度、g2が0でないことからくる誤差、 　　　光子吸収断面積の比Rからくる誤差を見積もった。 ６．系統的誤差の主要な項は何か A.　１９９８年から２０００年の解析においては、標的の偏度であり、約５％である。（相対） ７．３年間の spin asymmetry をどのように求めたか。　　　　　　　　　　 A.　spin asymmetry は各年毎に求め、それをマージした。３年間通して、production した結果 　　　を用いてもよいが、系統的誤差のビームと標的の偏極度は、各年毎で違うため、 　　　その方法だと系統的誤差を見積もるのがむつかしくなる。 02/03/25 日本物理学会

40 質問集 02/03/25 日本物理学会 ８．Spin asymmetry が断面積の差をその和で割ったものであるならば、１を超えないはず
　　　だが、K- spin asymmetry が１を超えているのはなぜか。 A.　結論からいうと、 spin asymmetry (A1)は１を超えてかまわない。Spin asymmetry は 　　　　　　　　　　たんに断面積の差をその和で割ったものではなく、それに、偏極度や運動学的変数が 　　　　　　　　　　演算されているからである。　 ９．RICHでわざわざ反射鏡を使っているのはなぜか。 A.反射鏡を使わないと、PMT plane は粒子の飛跡上に置かれることになり、 　　　　　　　　　　それによって粒子の進行が妨げられるため。 １０．HERMES の acceptance の外にはずれた粒子の影響を spin asymmetry を計算すると 　　　き見積もらなくていいのか。 A.ここに、spin asymmetry の利点がでてくる。Spin asymmetry は断面積の差をその和で 　　　　　　　　　　割ったものであるため、分母分子で acceptance の外にはずれた影響をキャンセルし 　　　　　　　　　　ているのである。 １１．πやKはRICHで検出される前に崩壊しないか。 A.　？ １２．エアロジェルは劣化しないか。 A.　その可能性は否定できない。エアロジェル表面のアルコールが蒸発して 　　　　　　　　　　　屈折率にどのような影響を与えるかを見積もることは今後の課題でもある。　　　　　　　　　　　　 １３．エアロジェル発光体は、なぜwall型にしなかったのか。 A.　推測になるが、１枚のエアロジェルをつくりそれをインストールすることがむつかしいことが 　　　　　　　　　　　あげられる。また、タイルのエアロジェルでstudyされているが、エアロジェルの厚さは 　　　　　　　　　　　均等ではなく、端の方が中心にくらべて少し厚くなっている。１枚のwall型エアロジェルを 　　　　　　　　　　　つくると、その影響により efficiency がさがることが考えられる。 １４．Background をどのように除去しているのか。　　　　　　　　　　 A.　レーリー散乱した光は波長が小さいため、エアロジェルのすぐ後ろにあるルーサイトによって吸収される。 02/03/25 日本物理学会

41 質問集 １５．RICHの性能をあらわす P matrix は粒子の運動量ｐの関数であることが予想されるが、
　　　　xの関数である spin asymmetry をどのように補正したのか。 A. spin asymmetry は最終的にはxの関数としてあらわしているが、その抽出に必要な 　　　　　　　　　　ハドロン数はｐの関数としてもあらわすことができる。まず、ｐの関数としてあらわした 　　　　　　　　　　ハドロン数をP-1 matrix によって補正し、その補正されたハドロン数を用いて 　　　　　　　　　　同じように spin asymmetry を求めるのである。　　 １６．反射鏡の反射率はどれくらいか？ A.５０～８０％程度。 １７．１event で光子はどれくらい検出されるか。　　　　　　　　　 A.平均的に１１（エアロジェル）；１３（ガス） １８．また、どれくらい発生していたのか。 A.　　 １９．発生した光子の数が検出される数まで減ったのは何が原因としてあげられるか。 A.　エアロジェルの透過率や反射鏡の反射率などがあげられる。 ２０．　　　　　　　　　 A. 02/03/25 日本物理学会