COMPASS実験
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- なお ほがり
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1 CERN-COMPASS における 核子スピン構造研究 堂下典弘 山形大学
2 山形大学 宮崎大学 中部大学 KEK 固体偏極標的 ( 冷却 NMR マイクロ波 真空 ) COMPASS 実験 : 核子スピン構造研究 ( 約 220 名の共同研究者 ) 発表内容 COMPASS 実験の概要 COMPASS 実験の目的 これまでの実験結果 将来の実験計画 COMPASS 偏極標的システム
3 CERN と COMPASS 実験 CNGS 3
4 COMPASS スペクトロメーター 2つのスペクトロメーター Large Angle Spectrometer (SM1) Small Angle Spectrometer (SM2) トラッキング, カロリメーター, PID SM2 E/HCAL MuonWall E/HCAL SM1 偏極標的 Pol. beam RICH MuonWall SciFi Silicon Micromegas GEMs Straws SDC MWPC W45 160GeV, pol. 80%
5 COMPASS の歴史 1996 年にスタート - Common Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy 1998 年プロポーザルが承認 2002 年データ収集開始 毎年半年間のビームタイム 2011 年終了 2012 年 COMPASS II データ収集開始
6 核子スピン構造 核子スピン 1 2 h 1 2 G L q L g : L q,l g クォークスピン G : グルーオンスピン : 軌道角運動量 年代の CERN での EMC 実験 SMC 実験 米国 SLAC での一連の実験における測定 0.25 G? COMPASS での目的
7 光子グルーオン融合と Semi- Inclusive 深非弾性散乱測定 オープンチャーム クリーンチャンネル ( 低物理バックグラウンド ) 低統計量 (q= c) K π 粒子による D メソン同定 by RICH High p T ハドロンペア (q= u, d, s) p 高統計量 物理バックグラウンド 二重スピン非対称度測定 P B : ビーム偏極度 P T : 標的偏極度 f : ダイユーションファクター N : イベンド数 G G の抽出
8 グルーオン偏極度の抽出 D 0 K ( 0 ) オープンチャーム D 0 K π A OC R PGF a LL G G D 0 K π π 0 High p T ハドロンペア バックグラウンドバックグラウンド A HighPT R PGF a PGF LL G G R a QCDC QCDC LL q q R a LO LO LL q q モンテカルロシュミレーションが必要 Resolved photons Processes for lowq2
9 グルーオン偏極度測定の結果 すべての結果は ほぼゼロ High PT Q2 > 1 High PT Q2 < 1 Open Charm SMC HERMES より多くのサブプロセスを考慮してそれらのアナライジングパワー <a LL > への再評価を行った NLO の結果もほぼゼロ RHIC でも同様の結果が確認されている 1 2 h 1 2 G L q L g クォークの軌道角運動量に注目
10 横偏極運動量依存 (TMD) パートン分布 8 つの横偏極運動量依存 (TMD) パートン分布関数がある Sivers Boer Mulders Transversity Pretzelosity
11 Sivers 関数 横偏極核子における無偏極クォークの振る舞いを表す関数 (transversely に偏極した核子内のクォーク運動量分布関数 ) μ μ γ * Sivers 関数がゼロではない = クォークに軌道角運動量がある L
12 Sivers 非対称度 0 T q(x) ( f 1T ) Transversely 偏極標的における SI 深非弾性散乱 (DIS) 断面積は d SIDIS [1 a 1 sin C a 2 sin S...] Sivers S h s : 核子スピンに対する散乱ハドロンの方位角 Sivers アングルに対するモジュレーション N h ( S ) N h 0 [1 P T A Siv sin S ] Sivers 非対称度 A Siv q q e 2 q T h 0 q(x) D q e q 2 q(x) D q h 破砕関数 : 他の実験で測定 1990 年に Sivers が提唱
13 測定結果 ( 陽子 重陽子標的 ) 陽子 Positive hadron Negative hadron 重陽子 ほとんどゼロ Positive hadron Negative hadron
14 COMPASS の将来実験 クォークの軌道角運動量をより詳しく調べる事が核子スピン構造解明に必要となる 偏極ドレル ヤン実験 GPD 実験
15 ドレル ヤン過程と角分布 1 d d cos2 sin2 cos 2 sin2 cos2 The collinearity を仮定すると λ=1 と μ=ν=0 が暗示される NA10 (CERN) と E615 (Fermlab) cos2ϕ のモジュレーションが 30% 程度 ハドロンに内在しているクォークの横方向運動量 k T 標的とビームのクォークで 2 つの Boer-Mulders PDFs が相互作用する June N. Doshita 15
16 シングル偏極ドレル ヤン散乱断面積 シングル偏極ドレル ヤン断面積の最低次展開は d d 4 qd 2 Fq 2 S r T ˆ U 1 D sin 2 A U sin A S T sin S D sin 2 A sin2 S T sin2 A S T sin2 S cos2 cos2 sin 2 S A cos2 U :(BM) (BM) P A T sin S sin2 A S T sin2 A S T :( f 1 ) (Sivers) P A : 方位角非対称度 :: 2つのPDFsのconvolutionで表せる D : 減偏極ファクター S : 標的スピンコンポーネント ˆ : part of the cross-section surviving integration over ϕ and ϕ s U F : 4 P a P b 2 M 2 2 a M b :(BM) (Pretz.) P :(BM) (Trans.) P June N. Doshita 16
17 TMD パートン分布関数 (PDFs) の普遍性 Sivers と Boer-Mulders PDFs は Time-reversal odd なので SIDIS と DY で測定した場合 それらのサインが違う f 1T DY f 1T SIDIS h 1 DY h 1 SIDIS COMPASS 実験では その測定を同じスペクトロメーターと transversely 偏極標的を用いて行うことができる Sivers asymmetry at COMPASS PLB692(2010)240 Positive hadron Negative hadron
18 シグナルとバックグラウンド Dimuon mass spectrum (NA50) Drell-Yan J/yy Open charm Empty target Comb. bkg 2 バックグラウンドソース 物理バックグラウンド D, D と J/y が崩壊し + - X へ 組み合わせバックグラウンド と K が崩壊し へ ドレル ヤン測定では 4 < M GeV/c 2 がより良い領域
19 イベントレイトと統計精度 ルミノシティ 1.2 x cm -2 s( -1 ビーム強度 : 6 x 10 7 pions/s) 4 < M < 9 GeV/c 2 において 800 DY イベント / 日 2 年間のデータ収集 (280 days) を仮定すると 4 < M < 9 GeV/c 2 領域において 230k イベント これを非対称度の統計誤差で表わすると いくつかの x F bins での非対称度を検証できる
20 ビームテスト 2009 ビーム軸に対する散乱点再構築分布 (M > 2 GeV/c 2 ) 標的 190 GeV π - ビーム + CH 2 (40cm+40cm) 標的 3 日間データ収集 アブソーバー 2 つの標的セルとアブソーバーが区別できる 解像度は期待通り M = 2 GeV で組み合わせバックグラウンドがアブソーバーにより 1/10 に軽
21 GPD プログラムの目的 GPD( 一般化されたパートン分布 ) 関数 4 種類 : H, H,E, E (x,,t) Ji の和則 : クォークのスピンと軌道角運動量の和 lim 1 t, xh q (x,,t) E q (x,,t) dx 1 2 q L Z 核子の 3 次元像 : H(x,,t) or H(P X,r y,z )
22 仮想深コンプトン散乱 (DVCS) 過程 Exclusive な DVCS 過程より GPD にアクセスできる Q 2 >> 1 GeV 2 -t < 1 GeV 2 DVCS Bethe-Heitler The total cross section is the coherent sum of DVCS and BH 偏極ミューオンビームと無偏極標的 : GPD H d (upup ) d BH d DVCS DVCS unpol P d pol e a BH Re(I) e P Im(I) d BH : well known I : interference term June N. Doshita 22
23 Bethe-Heitler と DVCS 160 GeV d T DVCS 2 T BH 2 InterferenceTerm 0.005<X BJ < <X BJ <0.03 X BJ >0.03 BH dominates Interference DVCS dominates Reference yield ReT DVCS & ImT DVCS Transverse Image MC: COMPASS setup with Ecal1+2 June N. Doshita 23
24 GPD H へのアクセス ビームチャージとスピン和 S CS,U d d 2d BH d DVCS unpol e P Im(I) s 1 I sin s 2 I sin2 GPD H へアクセス s 1 I Im(F 1,H) ビームチャージとスピン差 BH 過程はビームチャージと偏極に対して依存していない Phase II D CS,U d d 2 P d DVCS pol e Re(I) GPD Eへのアクセス横方向偏極陽子標的を用いたDVCSの測定 新しいコンセプトの偏極核子標的システムが必要 Compton form factor c 0 I c 1 I cos c 2 I cos2 c 3 I cos3 c I 1 Re(F 1,H)
25 年ビームテスト 40cm 長の液体水素標的 1m 長の反跳陽子検出器 BH と DVCS イベントの測定 2008 : exclusive シングル光子生成イベントの測定 2009 : BH and DVCS イベントの測定 < x Bj < < x Bj < 0.03 x Bj > pure DVCS events June N. Doshita 25
26 Transverse イメージング 2 年間のデータ収集 (280 日 ) 160 GeV 偏極ミューオンビーム - μ+ 70 日 - μ- 210 日 2.5m 液体水素標的 t-slope パラメーター B(x B ) 簡単な仮定 : B(x B ) B 0 2log x 0 x B B (x B ) はモデルに頼らずに抽出できる r 2 x B 2 B x B 核子の transverse サイズ The exclusive 散乱断面積は d dt exp Bx B t
27 COMPASS 実験の偏極標的対する要請 統計と測定精度 A exp A exp 1 2NP B P T fa phys - 大偏極標的 - 高偏極度 ( 長緩和時間 ) - 高ダイリューションファクター COMPASS 偏極標的 - 標的セル 120cm 長 - 磁場強度 2.5T ( 大口径 ) - 温度 到達温度 60mK 300mKで300mW - 標的物質 NH 3 (f=17%, 0.6T) 6 LiD(f=50%) マイクロ波による動的偏極法 (Dynamic Nuclear Polarization) 陽子偏極度 ~90% 重陽子偏極度 50% 以上
28 COMPASS 偏極標的システム (upgraded in 2006) 希釈冷凍機 50mK 300mKで350mWの冷却能力磁石 高均一度 2.5Tソレノイド, 0.6Tダイポール 180mrad アクセプタンス標的セル 3 セル (30, 60 30cm long) 直径 4cm マイクロ波システム 2 EIO 発振器 (20W) NMR システム 10 チャンネル (3, 4, 3) beam 180mrad
29 3 つのセルの偏極方向と磁場反転 muon beam target Longitudinal polarization Solenoid 2.5T Transversal polarization Dipole 0.6T
30
31 マイクロ波キャビティ 超伝導磁石 希釈冷凍機
32 偏極度成長時間
33 偏極度緩和時間 Temperature ~60mK Material Magnetic field Relaxation time COMPASS 6 LiD 2.5 T >15000 h COMPASS 6 LiD 1.0 T ~ h COMPASS NH T ~ 9000 h COMPASS NH T ~ 4000 h SMC NH T 500 h COMPASS 6 LiD 0.0 T 2.5 min. for positive COMPASS NH T ~ 70 min. for positive ~ 10 min. for negative
34 まとめ COMPASS 実験では 核子スピン構造研究を行っている 偏極標的システムは この実験で重要であり 将来実験でも用いられる GPD E の測定を行うための 新たなコンセプトの偏極標的システムが必要
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c 28. 2, y 2, θ = cos θ y = sin θ 2 3, y, 3, θ, ϕ = sin θ cos ϕ 3 y = sin θ sin ϕ 4 = cos θ 5.2 2 e, e y 2 e, e θ e = cos θ e sin θ e θ 6 e y = sin θ e + cos θ e θ 7.3 sgn sgn = = { = + > 2 < 8.4 a b 2
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単純適応制御 SAC サンプルページ この本の定価 判型などは, 以下の URL からご覧いただけます. http://www.morikita.co.jp/books/mid/091961 このサンプルページの内容は, 初版 1 刷発行当時のものです. 1 2 3 4 5 9 10 12 14 15 A B F 6 8 11 13 E 7 C D URL http://www.morikita.co.jp/support
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CALET プロトタイプの ビーム実験結果と シミュレーションの比較 早大理工研, 神奈川大工 A, 横浜国大工 B, 苅部樹彦, 鳥居祥二, 笠原克昌, 小澤俊介, 清水雄輝, 赤池陽水, 相場俊英, 植山良貴, 奥野祥二 A, 田村忠久 A, 片寄祐作 B 目次 研究目的 実験概要 データ解析方法 解析の流れ 検出器の座標較正, シャワートリガーと混入粒子除去条件 陽電子に関する実験結果とシミュレーションとの比較
More information[ ] 0.1 lim x 0 e 3x 1 x IC ( 11) ( s114901) 0.2 (1) y = e 2x (x 2 + 1) (2) y = x/(x 2 + 1) 0.3 dx (1) 1 4x 2 (2) e x sin 2xdx (3) sin 2 xdx ( 11) ( s
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( : December 27, 215 CONTENTS I. 1 II. 2 III. 2 IV. 3 V. 5 VI. 6 VII. 7 VIII. 9 I. 1 f(x f (x y f(x x ϕ(r (gradient ϕ(r (gradϕ(r ( ϕ(r r ϕ r xi + yj + zk ϕ(r ϕ(r x i + ϕ(r y j + ϕ(r z k (1.1 ϕ(r ϕ(r i
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More information.1 z = e x +xy y z y 1 1 x 0 1 z x y α β γ z = αx + βy + γ (.1) ax + by + cz = d (.1') a, b, c, d x-y-z (a, b, c). x-y-z 3 (0,
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79 4 4.1 4.1.1 x i (t) x j (t) O O r 0 + r r r 0 x i (0) r 0 x i (0) 4.1 L. van. Hove 1954 space-time correlation function V N 4.1 ρ 0 = N/V i t 80 4 r ˆρ i (r, t) δ(r x i (t)) (4.1) x i (t) ρ i ˆρ i t
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