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K 中間子実験グループの研究紹介

K 中間子実験グループの研究紹介. Contents. 森井　秀樹. Introduction ─ なぜ K 中間子？ 京都グループのメンバー紹介 実験紹介 E949 実験 E391a 実験 KOPIO 実験 まとめ. Introduction ─ なぜ K 中間子？. K 中間子で何が分かるのか. Introduction ─ なぜ K 中間子？. K 中間子の物理 ─ 何が面白い？. なぜ K 中間子を研究するのか？ 　→基本的な対称性をテストする良い実験場 基本的な対称性 C （粒子・反粒子変換） P （鏡像変換） T （時間反転）

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K 中間子実験グループの研究紹介

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  1. K中間子実験グループの研究紹介 Contents 森井　秀樹 • Introduction ─ なぜK中間子？ • 京都グループのメンバー紹介 • 実験紹介 • E949実験 • E391a実験 • KOPIO実験 • まとめ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  2. Introduction ─ なぜK中間子？ K中間子で何が分かるのか KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  3. Introduction ─ なぜK中間子？ K中間子の物理 ─ 何が面白い？ • なぜK中間子を研究するのか？ 　→基本的な対称性をテストする良い実験場 • 基本的な対称性 • C（粒子・反粒子変換） • P（鏡像変換） • T（時間反転） ＋これらの組み合わせ C×P，C×P×T，etc. 世界はこれらの変換に対して対称なのか？ (宇宙は粒子が多く反粒子が少ないが･･･説明可能？) KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  4. Introduction ─ なぜK中間子？ 少し復習･･･標準模型 • 強い相互作用 担い手 対称性 : C, P, CP ○ • 電磁相互作用 担い手 対称性 : C, P, CP ○ • 弱い相互作用 担い手 対称性 : C, P, CP × 弱い相互作用では 対称性が破れている！ (なぜ？ どの程度？) KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  5. Introduction ─ なぜK中間子？ クォークの世代間混合 ─小林益川行列 λ～0.22 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  6. 理論的不定性の小さいモード Br(KL→π0νν)∝η2 Br(K+→π+νν)～|Vtd|2 Br(B→J/ΨKS)∝sin2β Δms/Δmd∝|Vts/Vtd|2 Introduction ─ なぜK中間子？ ユニタリ三角形とK中間子(とB中間子) 高さ=CPの大きさ ⇒小林益川行列の要素を 精密に測定可能！ L KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  7. メンバー紹介 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  8. 京都グループのメンバー紹介 K中間子実験と京都グループの活動 • 京都のK中間子実験グループ • スタッフ：笹尾, 野村 • 荷電K中間子実験 K+→π+νν • E949実験 : 溝内(D3) • 中性K中間子実験 KL→π0νν • E391a実験 : 隅田(D2) • KOPIO実験 : 横山(D1), 森井(D1), 白井(M2), 谷口(M2) KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  9. 実験の紹介(1) • E949実験 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  10. 実験紹介 ─ E949実験 E949実験─荷電K中間子稀崩壊測定 • K+→π+νν測定実験＠BNL • 分岐比 ～ |V*tsVtd|2 : ユニタリ三角形の斜辺 ～ 8×10-11 (標準模型) • E787からのアップグレード • 最近結果を報告！ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  11. 実験紹介 ─ E949実験 E949実験─コンセプト • K+→π+νν : 観測可能な粒子はπ+のみ • 分岐比 : 非常に小 ⇒バックグラウンドとの戦い！ そのために･･･ • π+をしっかりと確認 • 余分の粒子をVeto • 運動学的なカット π+の運動量 μ+ν, π+π0：2体崩壊 →単色領域を除く KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  12. 実験紹介 ─ E949実験 E949実験─検出器 • E787からのアップグレード • 静止K+の崩壊を観測 • Drift Chamberで運動量を測定 • K+の崩壊を待つ(2ns) • Range Stackでrangeとπ+→μ+→e+の崩壊Chainを観測 • 周囲を覆うVetoカウンタ →運動学的カット KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  13. 実験紹介 ─ E949実験 E949実験─検出器 ↑π→μ→eのdecay chain ←Range Stack KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  14. 実験紹介 ─ E949実験 E949実験─測定結果 ⇒エラーの範囲で標準模型の予言と一致 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  15. 実験の紹介(2) E391a実験 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  16. 実験紹介 ─ E391a実験 E391a実験─中性K中間子稀崩壊測定 • KL→π0νν測定実験＠KEK • 分岐比 ∝ Im(V*tsVtd)∝η2 : ユニタリ三角形の高さ ～ 3×10-11 (標準模型) • イベント感度 : 1×10-10 • 現在測定中！ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  17. 実験紹介 ─ E391a実験 E391a実験─検出器 イベント同定 : KL→π0νν→2γ＆ 何も無し • CsIカロリメータでπ0からの2γを観測 • Pb+Sci γ線veto検出器で覆う KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  18. 実験の紹介(3) KOPIO実験 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  19. 実験紹介 ─ KOPIO実験 KOPIO実験─中性K中間子稀崩壊測定 • KL→π0νν測定実験＠BNL • 分岐比 ∝ Im(V*tsVtd)∝η2 : ユニタリ三角形の高さ ～ 3×10-11 (標準模型) • イベント感度 : 8×10-13 • 現在検出器R＆D進行中！ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  20. 崩壊領域を完全に覆うveto π0→2γ崩壊の再構成 光子の位置、 エネルギー、 角度、時間 を測定 KLのTOF “microbunch” beam (25MHz、width 200ps) 運動学的なカット 実験紹介 ─ KOPIO実験 KOPIO実験のConcept • イベントの同定 KL→π0νν 「π0からの2γ」かつ「他は何もなし」 →2γ 稀崩壊事象 & 終状態に検出可能な粒子がπ0のみ ⇒バックグラウンドとの戦い！ 　　　例えば… KL→2π0 →γγγγ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  21. 実験紹介 ─ KOPIO実験 KOPIO Detector KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  22. 実験紹介 ─ KOPIO実験 KOPIO 検出器─日本グループの役割 Beam Catcher 中性ビーム中の γ線veto検出器 日本グループの担当 Eye-Pipe Veto カロリメータ内壁の 荷電粒子veto検出器 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  23. 実験紹介 ─ KOPIO実験 京都グループの活動 2002-2003 • Beam Catcher (森井, 白井) • 第二次プロトタイプによる原理テスト • シミュレーションによる具体的な設計 • エアロジェル品質管理システムの開発 • 透過率測定システム • チェレンコフ発光量測定システム • 荷電粒子Veto (横山, 谷口) • 高量子効率PMTの性能評価 • シンチレータ + 波長変換ファイバーでの光量測定 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  24. 実験紹介 ─ KOPIO実験 Beam Catcher開発─Beam Catcherとは 　ビームホールを覆うγ線veto検出器 ⇒γ線とともに大量の中性子も来る 　→中性子に対して不感である必要有り • 0.8GeVの中性子に対して0.2%以下 だから･･･ チェレンコフ閾値型検出器 を 分散配置 (中性子由来の)低速粒子では鳴らない！ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  25. top view top view 電磁シャワーは前方へ広がる →ビーム方向にコインシデンス 2次粒子は等方的 →ビーム方向にコインシデンス確率低 side view side view 実験紹介 ─ KOPIO実験 Beam Catcher開発─シミュレーション • γ線に対するイベントディスプレイ • 中性子に対するイベントディスプレイ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  26. 実験紹介 ─ KOPIO実験 Beam Catcher開発─エアロジェルの特性評価1 • 光透過率測定 (森井) • 量産に向けた品質管理システム 透過率の波長依存性 5色(赤～紫外) 波長依存性を測定 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  27. 実験紹介 ─ KOPIO実験 Beam Catcher開発─エアロジェルの特性評価2 • エアロジェルチェレンコフ発光量測定 (白井) • テーブルトップβビームで測定 エアロジェルn=1.03 11mmｔ Tag用　0.2mmt　　ごく薄シンチ 20mmtシンチ　　エネルギー測定 Chrenkov光を検出 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  28. 平均の光電子数 Ｓｒβ崩壊のスペクトル Ｍａｇｎｅｔで収束された電子 5inchPMTとエアロジェルとの距離[cm] 実験紹介 ─ KOPIO実験 Beam Catcher開発─エアロジェルの特性評価2 スペクトロメータの性能 エアロジェルの発光量 KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  29. 実験紹介 ─ KOPIO実験 荷電粒子veto─高量子効率PMTの性能評価 荷電粒子veto : シンチレータ＋波長変換ファイバー 量子効率の波長依存性 通常vs高量子効率PMT 光量が不足がち⇒高量子効率PMT QE30% H7422 H7415(R6427) catalog KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  30. 実験紹介 ─ KOPIO実験 KOPIO実験 ─ 今後の展望 • 今年度の目標(Beam Catcher) • エアロジェル発光量評価システムの完成 • ビームテスト？ • Beam Catcher実機大プロトタイプの製作 • ビームテストによる実機大プロトタイプの性能評価 • 今後の展望 • 2004年度 : 検出器R&D • 2005-2007年度 : 検出器量産 (Beam Catcherは2006～) ビームライン建設 • 2009年度頃～ : エンジニアリングラン→物理ラン KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  31. まとめ KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

  32. まとめ まとめ • K中間子の物理＝対称性の研究 • 理論的不定性の小さい“きれいな”モード • K+→π+νν, KL→π0νν • 荷電K中間子の実験 • E949 : 結果を出したばかり • 中性K中間子の実験 • E391a : KEKで現在測定中 • KOPIO : 検出器R&Dを進行中 Beam Catcher , 荷電粒子veto KUHEP2004　K中間子実験グループの研究紹介

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