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KEK Report 8 7 - 2 4 January I 9 8 8 H
PROCEEDINGS OF
THE WORKSHOP ON 12 GeV PS EXPERIMENTS
KEK, Japan, October I 2-1 3, I 9 8 7
Edited by
N. Kumagai N. Sasao J . Chiba T. Tsuru Y. Yoshimura
NATIONAL LABORATORY FOR HIGH ENERGY PHYSICS
KEK Report 87・24.January I 988 H
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PROCEEDINGS OF
THE WORKSHOP ON 12 GeV PS EXPERIMENTS
KEK， Japan， October 1 2・13，1987
Edited by
N. Kumagai N. Sasao .J. Chiba T. Tsuru V. Voshimura
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© National Laboratory for High Energy Physics, 1988
KEK Reports are available from:
Technical Information Office National Laboratory for High Energy Physics 1-1 0h> , Tsukuba-Shi Ibaraki-ken, 305 JAPAN
Phone: 0298-64-1171 Telex: 3652-534 (Domestic)
(0)3652-534 (International) Cable: KEKOHO
(C) National Laboratory f'or High Energy Physics I 19回
KEK Reports are availab1e from:
Technica1 lnforma七ionOffice Na七iona] Laboratory for High Energy Physics 1-1 Oh‘， Tsukuba-Shi lbaraki-ken， 305 JAPAN
Phone: 0298-64-1171 Te1ex: 3652-534 (Domestic)
(0)3652-534 (In七ernationa1) Cab1e: KEKOHO
W o r k s h o p on PS E x p e r i m e n t s
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Workshop on PS Exper ments
r P S改良計画及び新ビームチャンネル・新実験室について J
将来の KEK-PSによ忍物理は Kaonによる原子核の実験や稀崩壊の研究等、大
強度の陽子ビームを用いる実験が重要になると考えられ、加速器の改良及び新ビ
ームチャンネルや新実験室の建設の検討がなされて来ました。 この方向で予算
要求もなされて来たが、 62年度の補正予算でこれが認められ、旧泡箱ビームラ
インに新実駿室を建設し一部のビームチャンネルを移すことになりました。高エ
研のビームチャンネル・実験室グループが中心になり第一次案をまとめました。
この案を基に、 PSユーザーの実験計画・実験予定と摺り合わせて最善の実行計
画に練り上げる必要が生じました。その際、ビームチャンネル移設後の現実験室
の使用計画も併行して検討する必要があり、これらの目的のために 10月 12・
1 3日にワークショップを聞きました。大型ハドロン計画とも関連しており、素
粒子・原子核・化学の分野から 50名以上の参加者があり、熱心に議論がなされ
ました。ここにその時の報告を集め KEKレポートとして出版します。
昭和 62年 11月 30日
世話人 熊谷 教孝 (KE K)
笹尾 登(京大理〉
千葉 順成 (KE K)
都留 常Bi( K E K)
吉村 喜男 (KE K)
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F e a s i b i l i t y Study f o r a K* -> r t * i / 1? Experiment
Using a Toroidal Spectrometer and a Comment
on Stopping ^n t i p ro ton Experiment at KEK
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Mu l t i f ragmenta t ion
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Chemistry of exotic atoms and molecules
Measurements of CP violating direct amplitude
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目次
PS物理の展望 稲垣 隆雄
2. EPl 新実験室建設の現状 田中 万博 8
3. 12GeVPSの改善 熊谷 教孝 14
4. INS-SKS を用いた物理 柴田 徳思 20
5. SKS スベクトロメーターと新実験室 永江 知文 26
6. Feasibi I ity Study for a K+・》 π。νii Exper i ment
USing a Toroidal Spectrometer and a Comment
on Stopping ~ntiproton Experiment at KEK 小林 正明 42
7. 高エネルギー P-Nucleus反応による
内ultifragmentation 木村 喜久雄 50
8. エマルション・力ウンター複合実験 rE 176J の
エマルション技術 丹羽 公雄 56
9. 偏極陽子ビームを用いる実験計画とビーム
及びビームラインに対する要請 中西 預 65
10. ハドロン・原子核むのハイベロン生成と偏極 新井 一郎 72
11. 超伝導トロイゲルスベクトロメーターによる
K中間子研究プログラム 山崎 敏光 83
12. KEI¥におけるハドロシ物理とト粒子について 都留 常日直 100
13. Chemistry of exotic atoms and molecules 鍛冶 東海 110
14. Measurements of CP violating direct ampl itude
in KL→ πil e+ e- decay 小林 116
15. Su rface μ・を用いたミョーオニウム変換 川島 祥光 121
16. PS ・高エネルギー陽子による核化学実験の計画 藤原 一郎 132
17. Comment on a thick and large area si I icon
detector i n future use 宮地 孝 135
18. 停止 rからの μビーム 今里 純 141 J
19. メゾン・スベクトロスコピー
エキゾティックス 高松 邦夫 145
20. 原稿のまとめ 吉村 喜男 153
21. 新実験室と PS増 強
一大型ハドロン計画への接続についてー 中井 浩二 155
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1 0月 12日〈月〉
11: 00・ 12:30
はじめに
PS物理の属望
新ビームチャンネル
13:30・ 18:00
加速器の改善
SKS を用いた物理
SKS と新実験室
く休憩〉
トロイダルスベクトロメータによる
稀崩壊毛ード実験
大立体角スベクトロメータによる核反応・
核物質の研究
PA反応による multi-fragmentation
ハイブリッド検出器と PS実験
コメシト
1 0月 13日〈火〉
9:30・ 12:30
偏極陽子ビームによる実験計画とビーム
及びビームラインに対する要請
原子核でのハイベロン生成と偏極
超電導トロイダルスベクトロメータの実験計画
吉村 喜男 (KE K) 稲垣 隆雄 (KE K) 田中 万博 (KE K)
熊谷 教孝 (KE K) 柴田 徳思〈東大核研〉
永江 知文〈東大核研〉
小林 正明 (KE K)
小林 俊雄 (KE K) 木村 喜久雄〈九大・理〉
今井 憲一〈京大・理〉
丹羽 公雄〈名大・理)
中西 S畳〈名大・理〉
新井 一郎〈筑大・理〉
山崎 敏光〈東大核研〉
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〈休憩〉
H-粒子について
核化学
Ks L →π目ee実験
13:30 ・ 17:00
Surfaceμ を用いたミューオニウム変換
ト原子核反応
放射化学
コメント
停止 rからの μビーム
く休憩〉
メゾン・スベクトロスコピー
ー エキゾティックス
まとめの討論
ー-11-
都留常Bj(KEK)
鍛冶 東海〈東北大・理〉
小林 一〈京大・理〉
川島 祥光〈東大・理〉
井原 零〈作隠短大)
仁藤 修〈農工大・工〉
宮地 孝〈東大核研〉
今里 純 (KE K)
高松邦夫 (KE K)
中井浩二 (KE K)
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KAON ARENA <DSHi©«l|g*f f i f t*«k. fc^3*T?«-3 fc. ffiot; Jfti l ft £ # £ * * ' & K87#6Efcafc8>fc* l fc r t>7b*y h©rt£©1ft ig:fe$g&b. f ( D t ^ 3HF©ftJlfcjj£
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KAON ARENA X<D PS ig&f r l i f cU riO*ffc© Kaon Factory <k 0»*f-#©l(Hgi8j fc^dytO-tf^-e^fcfcilfe. ?SPS ©&J&IJ 0.3/iA-^S^o £ f t * $ C u A £ ^ it tOTn Kaon Factory CD 30-100//A IC^fe^efBUWaiJg*^ Jfc«lft^»JKf§<fc"5
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Nonlinear & $ . n t t * . £©fcS-|-fc*tflN RF©*8& 2. 1 GeV 7 - f t 7 ^ * ^ © t - U l i
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4. I f i l i f ^ 1013PPS © £ - £ £ » * , A>K ; i / - r « fe f t©*> rU l i ^ - f >©3i8fto
Si-S-Ctts KEKffiUBtM KC 1 GeV ?-f + v? *5SSU^ 12 GeV PS CUtiS H" fcAW-T*. X H / ^ f t - V > i r * 12 GeV PS r > * ^ C S I l / > IHJfiftbT - A 5 ^ > (EPI) # f i ! © * f i £ l f t g C . * & & £ - * £ « a m * < @ - l ) . 3HS
PS物理の展望
KEK 稲垣隆雄
世話人より要請された事は、 PS増強の為の議論のベースとして、大型ハドロン計画
KAON I¥RENAの計画の概要を報告せよ、という事であった。従ってギ推進作業部会を中心
に87年6月にまとめられたパンフレットの内容の概要を報告し、その後、若干の私見を述
べたい。
1 • 大型ハ Fロン計画 KA.ONt¥RENI¥の概要
数10(jeV領域の陽子加速器の強度を 30・100μAと上げる、調ゆる Kaon Fact.or~
といわれる計画が、世界的にも提案されて久しい。しかし kaonractoryは、規模
が大きいばかりでなく、放射線防禦、加速方式、更には大強度ビーム老利用する実
験技術上に、数多くの開発的要素を含んでおり、未だ計画の実現には時間がかかり
そうである。
KAON I¥RENAでの PS増強計画は、 no年後の KaonF'act.or~ より数年後の 10倍増」というスローガンで考えられた。現PSの強度は 0.3μAである。これを数μAまで
増して、 Kaon facto r~ の 30 ・ 100μA にいたる中間的強度を、比較的早朔に得ょう
とするものである。
歴史的には、 86年2月に KEK物理専門委員会が答申した、「強度10倍増、或はそれ
以上とビームの質の向上」という考えにそったものであった。推進作業部会では、
この方向が実現可能なものか、特に検討された。その結果以下に述べる項目が、強
度10倍増とピ}ムの質的向上にとって、十分条件というより、むしろ必要条件であ
ることを結論じた。
1.現 PSの改善
Nonl i near効果、 γT越え、等の検討と対策、 RF'の増強
2. 1 GeVライナックからのビーム入射
これによって強度増のみならず、エミッタシスを半減させる。
3.ストレッチャーリング
デ1ーティファクタを 0.16から 0.9に上げ、ビームの μ-strudureを制
禦する。
4.新実験室
1013 PPSのビームに耐え、ハンドルするための新しいラインの建設。
計画では、 KEK南側サイトに 1GeVライナック宅設置し、 12GeV PSに直媛げ
を入射する。ストレッチャーリングを 12GeV PS トンネル内に設置し、旧泡箱ピ
ー・ムライン (EPI)方向の新実験室に、大強度ビーム宅取り出す〈図ー 1)。現実
験室では、現状強度の実験を遂行する、等の具体案を示している。
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f»W«ttWiSW'C*«*K $100 TeV f g $ © $ l r b W ) i f c © $ £ K t t J & b r ^ § . iji^tg-rlj^© SSC. JLC ^O^n collision energy **, &TeV i£?&3£i :*#3 . -S t , £©1tft©JjQj»^fjjg&#>T*>. ^ ^ © S ^ i i ^ ^ o JMWKfcU KAON ARENA friSMfcU K+-*;r* v v © H S ^ I O " 1 ' fc"CfTV*|#5 £ t £ . ftfc®S8
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<2> Hyperon - M ^ S S M s-quark J g J I ^ K i l A O T & t i l i t f c S ^ * Hyper $©fmfcU ^SS^fSi: U
T Recoil less &, K-stop &, (n.K) Sfcir^felfcU 12 GeV-PS "^©Jg^&^H ©^SlEfcf t -aTgT^S, ^©^f i J iT? , £•?&©<); *J&fflJ©*it3£*n *) , J M T toflT^* '*C «fe*)Hu ffllfctt" 4flCa jg*j© UA*;u«fii6 9 t f ^ ^ A&Jg
Hyper&jSg©+#fc3H»©&K:fcU Hyperon ^ t i S * i A : ? i i : ^ M f S So gtc* 18^5 Strange Matter © # S * J S « ± " P * S = -2 dibaryon (H) ©& ^ i i s A ^ S a ^ o Sifi© Lattice QCD ^ • o f c a t S ^ U : . ffia&rS^jgSSttHB B f b t l ^ , H ©JS£^l*©fc£WU ®giS fc#Es tf-A©Stfofil_b U h
新実験室に置かれるビームラインは漸次整備を図るが、当面は図ー2に示す4本の
二次ラインを考える。乙れらのうインで得られる二次ビームの性能を、対応するプ
ルックヘプン .¥GSのビームラインで現在得られている値を比較すると、表の様に
なる。既に開発されたビームライン建設の手法を、新ラインでも活かす要素も入れ
ると、例えば、 St.opKを利用することとなる K5ラインでは、プルックヘブンよ
り強いビームが得られ、しかもデ1ーテイファクターが良い事で十分な優位が得られ
る。
2. KAON .¥RENAでの物理
① K中間子の稀崩壊
大強度でデ1ーテイファクターの良いビームを使った実験として、 K中間子の稀崩
壊は有意義な実験である。現在実験が始まろうとしている KL→ μe過程の他にも、
CP非保存過程等の探索は、大強度とデ1ーテイファクターの良いビームの特徴を活
かして進められよう。 Kビームを使った稀崩壊は、例えば B崩壊に比べて統計的に
優位である。例えば、 K+/仰崩壊では100シフトの実験で1011/1013個の崩壊を調べ
られるが、数年間で採れる BはlQbがせいぜいといえる。 b-quarkの寄与が10:'程
度も大きいとしても Kの統計的優位は保たれる。但し、過程の違い、理論計算の
確かさなどのファクターもあるので、実験の意義在、統計的にのみ論ずる程単純で
はないことは、勿論である。
稀崩壊は間接的であるが、数100TeV領域の新しい現象の探索に対応している。
現在計画中の ssc、，ILC等の有効 collision energyが、数TeVであることを考え
ると、この世代の加速器が動き始めても、実験の意義は残る。具体的には、 KI¥ON
AREN~ 計画書では、 r→ π 令 νν 過程の実験が 10・ t I台で行い得ることを、特に強調
した。
この実験、が、 π→11→echainを使ったπ+測定という手段に依る以上、ストレツ
チャービームは極めて有用な手段となる。
② Hyperon -核子相互作用
s -quark老原子核に証人して核構造を調べる Hyper核の実験は、実験手段とし
て RecoiIless法、 K-st.op法、〈π.K)法と多様化し、 12GeV-PSでの原子核実験
の主流となってきている。その延長上で、原子核のより探部の構造を知り、現在行
われているはCより重い、例えは・ 40Ga迄ものレベルを探ろうとする時、大強度
ビームは不可欠となる。
Hyper核過程の十分な理解の為には、 Hyperon核子素過程を調べることが必要であ
る。更に、謂ゆる st.rangeトlat. t.erの存否を採る上で、 s= -2 diharyon (H)の探
索は、大変面白い。最近の Lat.t. i ce QCOを使った計算では、極めて強い束縛状態
を予言している。"の探索実験の為には、強度増と共に、ピ}ムの質的向上(スト
レッチャービーム、良い K/7t分離〉が切望される。
CD Evotics 0 l S * f f f ^ £ © « © £ S H i * KEK-PS T© Tip.pp i&il02gBU LASS SO Kp iSII©2gtM^ S ^ S © ^ ^ - ^ ^ Itm^, 4#KU ffi£&Jg fflm®mmmgr*&mt%&T>b. m^mfm^n^^^n^^. ig&»©ps § t - 3 ^ n%imz&<offimistitaM'z, m#>T^<zt&:nmMT<&%o ;ub
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t喜} メソンスベクトロスコピー
70年代後半から導入された QCDは、その特徴的な現象として、グルーボ}ル等
の E~o t. ics の存在老予言する。この種の実験は、 KEK-PS での πp.pp過程の実験、
LASSでのI<p過程の実験等、我が国のボチンシャリチイは高い。特に、部分波展
開等の専門的道具を使用する点でも、実績は評価されるべきである。増強後のPS
を使って、実験的により洗練された形で、詰めていくことは有意義である。ス卜レ
ッチャーリングからの DCビームは、例えば、有機シンチレーター等の時間応答の
遅い測定器の使用を可能にし、飛躍的な分解能の向上を得ることが出来る。
④ π、".pビームによる原子核散乱
10 Ge~領域の加速器を使ったハドロン原子核散乱は、主たる実験のパイプロダクトとして時に応Uて測定されているだけで、系統的データが殆どない。
原子核の静的、及び準静的ふるまいについてかなり良〈判ってきたところで、短時
間 短距離の相聞を調べるために、高エネルギー π、K.pによる Elast.icCEX.
[}CE~ 等の過程を系統的に調べることは、原子核実験の基本的流れである。
数Ge¥'のエネルギー移行は、原子核の新たな様惑を引き出す可能性老秘めているが、
何よりもまず単発でない系統的な実験を行い、現象の系統的な理解が先行されるべ
きである。これらの実験は単純ではあるが、大強度で良質ビームを必要とする。
3. 新たな動きと PSの今後〈私見〉
今年6月に大型ハドロン計画が提案されて以来、各方面からの意見が出されて来
たが、特に K40NARENA については、ストレッチャーリシグの実現について疑問が
多く出ている。それらは、専ら計画全体の視模の問題から出発している令従って、
今後の学界の動きの中で、新たに議論が再開される要素も含んでいる。依然として、
大型ハドロン計画の全体としての動きは、 PS増強に大きな関連をもっていること
は事実であろう。しかしながら、急を告げる PS増強計画を着実に進めるためには、
より現実的に、 PS改善を中心とした 12GeV PS関連の Faci I i t.yの充実が望まれ
る。物理サイドからの当面の方向としては、新しい測定手段を使った、魅力ある実
験計画の試行があろう。その例になるかは不明であるが、先日 KEI¥の今里氏等と
Tagged Kilビームの成否を議論したので紹介する。
Tagged Kilビ}ム
もし pureK0又は、 Kilのビームが得られれば、 KL から九を Regenerat.eして
Kil ・ P システムを見るという手続きがなくなり、 Backg l'ound が少ない K~ _I¥il Mi I(i
ngを観測できる。この TaggedK0法でしか見弓ことが出来ないものとして、
「 (K..→π・πー π11). r (Kf1→ γγ) -r (K白→ γγ 〉方+-0=や、r (KL→π・χ-πil) • ~ r (Ke→ γγ ) + r (K~→ γγ)
等の CP非保存過程の測定がある。
Tagged Ka *£fc U T t m f t f ^ £ & & T © 3 o © ; f r j £ # # ; i «?> 3o 1. pp-*K±rc KB(KQ)
Stop p -e K+trc % o A ^ i T s Ka Xtt K° * Tag ITS. 2. XfcU tnjtff* 3 GeV/c JaTeiHgO* Ka Threshold OT^. — * f - A O
Proton ^ o ^ # 6 KB * i t § « 3. K+n-*Kap K"p-*Kfln
BLlS-ds Ka Kit Ka * Tag « < , 1 (Djjm*&-oT CERN © LEAR *£1013© p * stop £ t t . 10,B© Ka-K° *jt<5 l t I i # % * . ' o f t T V ^ o 12 GeV PS "£> £©#?£-£ CERN LEAR E g « C f c t t » i
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©"£> M - s T * ) , ^ B f i ^ - y ^ r # £ lmJsllW©tiHfi*#*£fcttiSl/l.*. K0-Ka© Mixing M # > K3 © Proper Time ( T 3 ) © unit ~Q. 5&T©*: £ ^ ^ < l x 5 c i : * % x ? i : s C O M ^ f i S ' e a ^ . **© 12 GeV-PS "CHU Tagged © Ka}£i:OT. » g © * £ ^ K5*teo»3©#«£*^f i r t?<&«, n Production Threshold JMT'CWt CEX © f t ^ S * K+n-K0p #> WttffcgLi: Comparable «tfc t f t Cross Section ~6.6 mb £ J # o 0
2 x io5© K+. io24ii©miigT-^~y^ hTj. IO3H©K° $^fiK-r^e:^*ttH3i5 § , Detection Eff. t l / T > 0.1 5£#x.T> 100^7 r -£10*10© Ka Hi&«ftfl!l
V^*lKbT*)ia4*© 12 GeV-PS T©ISSfctt* *>oT©fig&JW£Jt"s:5i:lt$fc
— 4 —
Tagged K0法としては具体的には以下の 3つの方法が考えらる。
1. pp→K土πKo(Ko)
Stop Pで K:!:とπ をつかまえて、 Ks又は Kilを Tagする。
2.文は、加速器を 3GeV/c以下で運転し、 K0Threshold以下で、一次ビームの
Protonを使って、専ら K"を造る。
3. K+n→K" p K-p→Kiln
反応で、伊文は仰を Tagする。
1の方法を使って CERNの LEARで1013の Fを stopさせ、 1010の K0-K0を造る
計画が考えられている。 12GeV PSで、この方法で CERNLEI¥R に優ることは絶望
的であろう。
2の方法で104程度のがビームを得ることは可能であるが、この方法では、一次
ターゲツトで生成されるこ次の荷電粒子を、スウィープずるシステムを必要とする
ので、頑張っても、生成ターゲツトから 1m以内の情報を得ることは難しい。 K0-
Pの削xing効果が、しの ProperTime (τ宮〉の unit.で、 5以下のところで良
〈見えることを考えると、この方法も適当でない。結局 12GeV-PSでは、 Tagged
の K0~去として、強度の大きい K5を使う第 3 の方法が有望である。 πProduction
Threshold以下では CEX過程である K+n→K0pが、弾性散乱と Comparableな大
きな CrossSection ~6.6 mbを持つ。
2 X 105の r、10剖個の重陽子ターゲットで、 103個のK0を生成することが出来
る。 Detedi on Eff.として、 0.1を考えて、 100シフトで101'/個の炉崩壊を観測
することが出来る。まだ検討が殆どされてはいないが、乙の様に少し質の違った方
法を考えてみたいという希望の表明と、とって頂きたい。
いづれにしても現状の 12GeV-PSでの実験は、かつての最盛期に比べると実験
グループもしだいに減少し、尻すぼみの感はまぬがれない。加速器を含めた魅力あ
るファシリテイが、興味ある実験を生み、更に、それが新たな人材とファシリテイ老
生み出す、いわゆる発展ループへと移行することを、切に期待している。
-4ー
New Counter Hall KAON-B
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(Boaster Synchrotron Facility)
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Present Countar Hall KAON-A
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New Injector (Proton LINAC)
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図-1 KAON ARENA 実験宝
-5ー
KAON ARENA(B
i a - 2 KAON-B C&r'J&ifcrii)
— 6 —
ウ
KAON
AL一二平
国-2 KAON.B (新実験室)
-6-
tex*;l/*~K±K"~.k (0.3-0.65 CeV/c)
t f - i * ^ > £
K5 BNL-C6.C8
«x4Ul/#-Pfcr-2*
e - A ^ > £
K4P BNL-C6.C8
* B B x * ; i / 4 f - K ± f -
l f ~ A ^ > £
K2P BNL-B2,B4
Kat±'-i*
tr-i^-O^
KOP BNL-A3
K+/K-$]g (^ttJgfllS)
1.5 x 106/3.5 x 105 (0.6 GeV/c) 6 x 105/1.8 x 105 (0.7 GeV/c)
(0.3-1.0 GeV/c)
P®& (3Bf£tt f i )
7 x 10* (0.6 GeV/c) 2 x.104 (0.7 GeV/c)
£ (1.0-2.0 GeV/c)
K+/K-®Jg (^ggt i i f t )
1.5 x 106/5.7 x 105 (2 GeV/c) 8.1 x 105/3.6 x 105 (4 GeV/c)
& &
10* 3 x 108
7t + /k* Jt
3 10
7t-/k- Jfc
l 50
7t*/k+ i t
3
MM 2-8 GeV/c 1-28 GeV/c
— 7 —
低エネルギーK土ビーム (0.3~0.65 GeV/c)
ビームライン名 K+ /K-強度〈当該運動量) π+ /k+比
K5 1.5 x 106 /3.~ )( 105 (0.6 GeV/c) 3
BNL-C6.C8 6 x 10号/1.8X 105 (0.7 GeV/c) 10
低エネルギーPビーム (0.3~1.0 GeV/c)
ビームライン名 P強度〈当該運動量〉
K4P
BNL-C6.C8
7 x 10占 (0.6GeV/c)
2 x，104 (0.7 GeV/c)
中間エネルギ-K土ビーム (1.0~2.0 GeV/c)
ビームライン名 K+ /K-強度〈当該運動量〉
K2P 1.5 x 106/5.7 X 105 (2 GeV/c)
BNL-B2.B4 8.1 x 105/3.6 x 105 (4 GeV/c)
K0ビーム
ビームライン名 強度
KOP 108
BNL-A3 3 X 108
-7-
χー/k-比
50
πφ/k+比
不明3
運動量域
2・8GeV/c
1・28GeV/c
E p i %\n®&&®v>mw.
K E KMflfSSgB
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T 1 , T2fc fc r -2* :£$gb Jgltt-T * fc fe C Bean Swinger Optics £#§gbfc<> K5 , K 2 irfc £ - & & ? © « £ « ! * * « Cfcfcfc* ft UJ©f|[nJli&£ (D 1) tfPB^tf-A^-f^SSgCJgTiaSSftT^
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Beam Swinger Optics X itW 3 IZ&t ^izm&^ <D ±tfllZ 2 i$ (DMfa
— 8 —
E P 1 新実験室建設の現状
KEK物理研究部
ビームチャンネルグループ
田中万情
本年度の大型補正予算で、かねてより念願の ps新実験室建設が認
められた。昭和 60年度に最初の予算要求をおこなって以来約 3年目
である。この計画の目的、これまでの経緯等は別に本報告集のどこか
にまとめられていると思われるので、 ここでは新実験室建設に関する
技術的な部分についてのみ簡単にまとめておく。
新実験室はかつての泡箱実験用の速い取り出しビームライン上に建
設される。図 1に現カウンタ}実験ホール、ブースター利用施設等と
新実験室の位置関係を示す。旧泡箱実験室は取り壊さず、当分の聞は
実験準備室として利用する。図 2に新設される遅い取り出しビームラ
インの概略並びに二次ビームラインの配置案を示す。シンクロトロン
から取り出された陽子ビームはまず B00で簡単に運動量分析された後、
Beam Spl itter Systemで 2本に分割される。一方のビームは KOビー
ム ライン用の生成標的(T 0 )を照射し、他方は T 1， T 2のニつの
生成標的を同時に串差しで照射する。 T1，"'2からは K 5， K 2ピ
ーラインに二次粒子が供給される。
T 1， T 2にビームを串差し照射するために BeamSwinger Optics
を考案した。 K5， K 2ともに二次粒子の収集効率を稼ぐために、最
初の偏向電磁石 (D1 )が陽子ビームラインを跨ぐ形で設置されてい
る。その結果生成標的老通過した陽子ビームも二次ビームラインの設
定運動量に比例した偏向をうける。通常はこの偏向を、 D 1の下捕に
設置した補正電磁石で再偏向させ、再び光軸に戻すようにしている。
しかしこの方法では補正電磁石としては D 1とおなじ偏向能力をもっ
巨大なものが 3台必要になるばかりでなく、標的での多重散乱で拡が
っているビームが長い光路を通過して来るので、補正電磁石の直下涜
に置く集束電磁石もまた巨大なものとなってしまう。
Beam Swinger Opticsでは図 3に示す様に標的の上涜に 2命の偏向
電磁石を配置し、あらかじめ陽子ビームが光軸からずれた形で標的を
-8ー
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— 9 —
照射し、 D 1は逆に陽子を光軸に振り戻す働きをする。上流の 2台の
電磁石の偏向強度を適当に調整することにより、 D 1で振り戻された
陽子ビームが光軸と交わる点を常に一定の場所にすることができる。
その場所に小型の補正偏向電磁石を置きビームを光軸に乗せ石。標的
上流では陽子ビームはまだ多重散乱で拡がっていないので、そこに設
置する磁石は比較的小型の物で充分であり、また直下涜の集束電磁石
も標的により近く設置できるので小型になる。 BeamSWinger Opticsを
採用することによ旬、 T 1に長さ 6cmの白金を使用した場合でも、 T
2には T 1を通過した陽子の 95%を導く事ができる。
図 4に陽子ビームラインの断面を示す。厚み約 6mの打ち込みコン
クリートで遮蔽去れ、 5 x 1 0 12 ppsの陽子を取り扱え壱構造になって
いる。ビームラインの下方にはサーピストンネルがラインに沿う形で
設置され、電磁石等への給電、給水はこのトンネルからおこなう。 ト
ンンル肉での冷却水、 DC電力の接続にはつンタッチコネクターを用νる。また二次粒子発生標的をはじめ、陽子じームライン中に置かれる
物品の修理、交換もこのトンネルを通じておこなう。電磁石等の大物
はシールド上部の可搬シールドを撤去して交換、修理するが、ピポッ
トシステムを採用し、設定後のアライメントが不要な構造になってい
る。 このように、ビームラインの維持、運転に際して、作業員の放射
線被爆を極力減少させる工夫をしている。
新実験室に設置する二次ビームラインとしては、 K5だけはほぼ確
定しているが、他にどの様なものをどう設置してゆくかについては、
全く未定である。一応 K2に相当するビームラインを設置することを
想定して設計をしているが、 T 0および T 2を用いる二次ビームライ
ンについては事実上どの様なものでも設定可能である。但しこれ以上
生成標的の数を増やすことは技術的に殆ど不可能である。表 1にK 5
で期待される K中間子収量を K3及びCERNの K26と比較しでまとめて
いる。
以上述べてきたことの大部分は、 KEK物理第三研究系中心に結成
された新実験室建設に関する実施計画立案グループ〈中井、高松、吉
村、佐藤、高崎、今里、田中、近藤〈放射線〉、笹尾〈京大))での議論
の中から形成されてきたものです。
-9一
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— 10 —
1 2 G e V 陽子加速 器
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方ウシター実 験 ホ ー ル
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— 14 —
12GeVPS の改善
K E K (加速器〉 熊谷教孝
1 はじめに
本年度、旧泡箱ラインに大強度ビームに対して十分放射線的に耐えうる遅い取
り出しライン EP 1の新設が認められた，ここでは、この EP 1関係の加速器側
装置の設計方針と製作状況を簡単に説明した後、 PSの現状と今後予定されてい
るビーム強度改善計画について報告する。
2一一組遅い取り出しライン (EP 1用 SX)
2. 1 取り出し用機器の設計方針
1 )運転パターン
将来 1G e Vリニアツクから直接主リングにビーム老人射する事を想定して、
次の二つの運転パターンを可能にするように取り出し機器の熱負荷を設計する。
ただし、ここでは電源と高周波の大幅な改造を必要とする加速および減速時間の
変更は考えない。
( a )周期 2. 5秒でビーム取り出し期間が 1. 1秒の場合
( b )周期 2. 0秒でビーム取り出し期聞が O. 6 5秒の場合
これらの運転パターンは、主リングの電磁石電源のトランス、バイパスダイオー
ド等の容量の変更のみの小規模改造で実現可能になる。また、ビーム強度の増強
にともなって高周波装置を増強する必要がある。
尚、現在の取り出しライン (EP 2) は、機器の熱負荷と電源の容量の二つの点
から、これらのパターンでの運転はできない。
句〉ビーム取り出し時の低損失化
現在、ビーム取り出し時の損失の大部分が垂直方向で生じている。この損失をで
きる限り少なくするために、取り出しセプタム電磁石 (A. B， C， D， E)の
垂直方向のアパーチャーを 10から 20%大きくする。また、取り出し効率とし
て 98から 9 9%を達成するために、取り出し時の垂直方向の CODを、現在調
整中のゲイ fミックステアリング(1 0月より子スト運転〉を用いて補正を行な
つ。
-14ー
3 ) J R O t e h j i m
4 ) E P l i : E P 2 ^ © S X < 3 d J U ; f i * £ ^pg. E P U E P 2 ^ £ 5 K b r - i * £ I K * ) t b t - ^ 6 - K-5jg*giT**i* ^*£l$
- A S t S K W - r s P s&myay?*©ii*Ttt8i*Ji.fc*i&fc8>3. s i ^ I ©
b - */ a > £ *T U V> o -o & 3 .
5 ) w as * - y ? h
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BSfD6 3 ^ 4 ^ A ^ B g f D 6 4 ^ 3 R ® ft&3§ ©tttSMS* Bgft]6 4 ^ 4 f l « > $ 7 f l
BgftJ6 4*#9 EJ21I
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T/tr-.k3&fflv>fc8is&©9gsE
— 15 —
3)取り出し方法
現在と同じ半聾数次共鳴を利用してビームを取り出す。従って、装置の配置は現
装置と 90度回転対称となる。
4) E P 1とEP2への取り出し方法
当面、 EP 1とEP2へ交互にビームを取り出すモードで運転するが、最終的
にはニつのラインへの同時取り出しモードで運転する。その時期については、ビ
ーム強度に関する PS改造プログラムの進行状況を見ながら決める。現在、この
同時取り出しに関する種々の問題点を明らかにするため、計算機を用いてシュミ
レーションを行ないつつある。
5) 内部ターゲット
内部ターゲットは、 vari ab I e γT が導入されるまでは現状のまま運転ずる。
ただし、 γTのテスト実験時に一時的に取り外すことを予定している。
2. 2 建設スケジュール
昭和 62年 8月から昭和 63年 3月
昭和 63年 4月から昭和 64年 3月
昭和 64年 4月から 7月
昭和 64年 9月以降
取り出し機器の制作
〈電磁石、電源、モニター等〉
制作機器の性能試験
新設電源棟 (M2)への電源握え付け
主リング内への機器の据え付け、およ
びビームを用いた機器の調整
ビーム取り出し調整
-15ー
3 1 2 G e V P S - g Q l f - i , ^ g B [ i - / D y 7 ^
1 1 2 G e V P S ® ^ «
MR cxmm^ 9;i^7) M R ( * n j £ & 7 i $ ) S x (SX?) H}b)
i T ( f tgBS'-r^ h)
7 . 5 — 8 . 0 X 1 0 , s p p p 3 . 5 — 4 . 2 X 1 0 , 2 p p p 3 . 0 - 3 ; 6 X 1 0 , 2 p p p
1 — 2 X 1 0 1 2 p p p
X$.v9>Z (100 96) i)Mu 7 i X 1 0 - 6 m r a d
5 0 0 M e V B T 1 2 G e V I ? ) t t l b K ' - A 7X¥^rn] - 4 5 - 8 ( - 4 )
S i t - i n ] - 3 0 - 8 ( - 2 . 5 )
fiMWOlIHU " a d i a b a t i c damping" 4» £ Jfflft* *l S 5f»ffi
A P / P
xMm WL y&bm
^ f J H D S $ S x I T
0 . 3 6 %
0 . 3 %
6 0 0 m s e c J^T 4 0 0 — 5 0 0 m s e c
3 . 2 1 2 G e V P S T © If - ASl&BfcJST'O ?* 9 A # © A \ O i p £ f c * 8 $ c i £ : r n y 5 , M i . i O y T l X 1 0 13ppp&-h© t - A £ . $ 5 0 0 M e V 7 ! - * ? ~ £ m ^ T i t J $ t 3 f e & U : # * £ f t f c f c © ^ & 3 0 fe fe*
( i ) Af> i£-A©i i3£
( a ) r - ^ ^ - A I H ^ l m s e c - B C D t r - ^ S * * * . fcT-A3Sjg©l^*ni:i:^
— 16 —
3 12G_eVPSでのビーム強度改善プログラム
3. 1 12GeVPSの現状
ビーム強度
MR (入射時、 9パJレス〉 7. 5....... 8. OXI012ppp
MR (加速終了時〉 3. 5 -4. 2XI012ppp
S x (取り出し〉 3. 0....... 3; 6XI012ppp
1 T (内部ターゲット〉 1 ，、、， 2 XI012ppp
エミッタンス(1 0 0 %) 単位 πX 1 0 ・6m r a d
500MeV BT 12GeV取り出しビ}ム
水平方向 .......45 --8 (----4)
垂直方向 -30 -8 (.....2. 5)
括弧内の値は、 "adiabatic damping"から期待される計算値
AP/P
入射時
取り出し時
スピルの長さ
s x
1 T
O. 36%
O. 3 %
600 msec以下
400--500 msec
3.2 12GeVPSでのビーム強度改造プログラム
次の六つからなる改造プログラムは、主リングで 1X 1 0 13 ppp以上のビ}ムを、
現 500MeVブースターを用いて達成するために考えられたものである。ただ
し、ここでは大型ハドロンで考えられているような 1G e V リニアックからのビ
ーム入射を想定した場合の問題点については考えていない。しかし、このプログ
ヲムの大部分は、主リングで大強度化を実現するためには必ず解決してをかなけ
ればならない重要な問題である。
( 1 )入射ビームの増強
主リングで、大強度化にともなう種々の現象を定量的に取り扱うためには、そ
れに見合うだけの大強度ビームをブースターから安定に入射する必要がある。し
かし、実際には主リング入射時のビーム強度は、次のような理由によって制限さ
れている。
( a )ブースター入射後 1m s e cでのビーム損失が、ビーム強度の増加ととも
に大きくなる。そのため、アースターでの取り出しピ}ム強度の最大値は
-16ー
1 . 5 x l o »' p p p J a _ h c : t t . h a * £ f c ^ . ( b ) f - 4 8&©iS;&DK t t 4 ? T i 5 v? yxifi-XZ < ft 9 , i V > y © 7
* * : r * s / : K E S E £ b # < * C S & 8 K Aa t»*#feafc6 :JK< ft*.
c*i$cDiaatt, jjt£> $ra»fif»*^ H-A**B#©AI*X9-. r f ^ © ^ * ^
( 2 ) A # J t l J I 8 m ' © e - A » £ © J K H i : * © * i »
*i4*S£ < © # « $ & « U * 8 l G : m f c D * x ^ */ * > : * © i * j t a * & U * - f r * f c 8 > i : S I S # i l ^ f i H ^ . £ © x * >y ? > X iiftj £&»<•£& KHU £"f fe|$ft&q§#g!{ £ # £ L f c _ b - e . znzzmiEt ? t i 5 5 i U ^ ^ W K IB * . # « • * &£**<&*.
V v "v
£ - * 8 « * * I K ^ « &
0 1 AlitB*©«t#-t«f2fr^
^ / ^ -f RF ON
10 1 = 7x10 ppp
: 3.4x10 ppp
7.0 7.5 8.0
Vv c VH =, 7.4;
2 f a - > y ^ 7 y 9 A l - 5 0 7 * ;
truism. $timA&i*&$* *
— 17 —
1.5XI0"ppp以上には上がらない。
( b )ビーム強度の増加にともなってエミッタシスが大きくなり、主リングのア
クセブタンスに整合しなくなるため、入射効率が急激に悪くなる。
これらの問題は、現在、空間電荷効果、 H-入射時の入射エラ}、 r f等のいろい
ろな側面から勢力的な研究が行なわれており、徐々にその原因が解明されつつあ
る.
( 2 )入射期間中のビーム損失の原因とその対策
主リングに入射されたビームは、図 1に示すように、その強度が増加するにつ
れて積み上げ効率が急激に悪くなる.この現象は、ビーム強度が増加するととも
に空間電荷効果によるチューンスプレッドが大きくなり、図 2に示すように、こ
れが近くの非線形共鳴状態に重なり、エミッタンスの増加を生じさせるためと現
在考えられている。このエミッタンス増加を防ぐためには、まず危険な共鳴状態
を特定した上で、これらを補正する電磁石を主リング肉に据え付ける必要がある。
ビーム強度が低い場合
今知遁L開梢ビーム強度が高い場合
図 1 入射時の積み上げ効率
1.0
0.5
0.0
1.0
0.5
0.0
図 2
-17-
ず会.~
JゲNJ
7.0 7.5 8.0
νv (ν'11 :. '1. lf )
RF ON
l=7X1010ppp
11 1= 3.4 x10' 'ppp
チューンダイアグラム上でのマッ
ピシグ結果。縦軸は入射効率、横
軸は垂直方向のチューン
( 3 ) fin £13*6 ft Otf-2*»3cODJBC@i:^CD*l
§ iMi o i T UU 4- <D Jjf li -3 £ <Q b fe J£ B f t » * ^ T ^ * ^ . b ^ b . JKfcB&c: &EI 3 tegs* «k ? GU & 3 t f - A & J g &
r f © A f y Y ifi b tb T b % o fe & C ,
A > ^ S GO gg l t (20nsec/D IV)
( 4 ) variable r* 21 ft WU £ <J > 7
yy-miztitzzm - § 1 2 G e V&_h
bfcfc©-e> h ^ >
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fc wy 32 f -»
SUPERPERIOO
7K¥?ulS]CDCOD
r T -r 7*. h
— 18 —
(3 )加速開始時のビーム損失の原因とその対策
図 1に示すように加速開始時のビーム
損失が、ビーム強度の増加とともに急激
に大きくなる.この損失がどうして生じ
るかについては、今の所はっきりした原
因は分かっていない。しかし、現象的に
は図 3に示すように、あるビーム強度以
上になると、パンチの長さが急激に伸び、
r fのバケットから出てしまうために、
このピ}ム損失が起こると考えらる。
図 3 パンチ長の変化(20nsec/OIV)
(4) variable γT法の導入
これは、主リング内に四対の 4極電磁石を据え付けて (5Fと7Fの位置〉リ
ング一周にわたる運動量分散関数を大きく変調させ、 トランジツシヨンエネルギ
ーを 12 G e V以上にあげ、ビーム強度の増加にともなって問題となるトランジ
シヨンでのビーム損失を原理的になく方法である。図 4はテスト実験の結果を示
したもので、 トランジションエネルギーを上げることはできたが、ビーム強度は、
この四極電磁石を励磁したために発生した大きな coηのために、数分のーに減
少した。このテスト実験から、この方法を実用化すもりめには、 4極電磁石を励
磁している問、 C ODを十分小さく制御でき壱ダイナミックステアリング装置の
付加が必要不可欠で有ることが明らかになった。(昭和 6 1、 62年度の二年聞
にわたって、この装置の製作が行なわれ現在調整中である〉
更に、この方法の最大の問題点である、運動量分散関数の大きな変調化でのピ}
ム取り出し方法については、現在計算機を用いて詳細な検討を進めている。
ビーム強度
-s
・g
・4川
目
U
z---吋
叫
吋
“ 」A ，1¥
LL/ γ1 /¥ --J l' . I- LL三L ...L'J
..ll V '.別個 J 、 ... ... 副岨 山L .. .
B
b.R
r T 励~
バターン
SU'ERPERJOO
r T Flat top 水平方向の COD
図4 γT テスト実験結果
-18ー
( 5 )
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( a ) ( b ) ( a )
5 . * bf r b
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fife temachine study * #• » T & ^ J S J g £ # * £ ft 3o
— 19 —
( 5 )取り出し効率の改善と取り出しビームの再バシチ現象
現在の Sxラインの取り出し効率は、 80から 85%程度と推定されている。
この損失は、主に取り出し装置の垂直方向のアパーチヤ}の、実効的な狭さによ
って生じている。その原因には次のようなものがあ石。
( a )取り出し点で垂直方向の CODが大きい。
( b )取り出しセプタムの中位商が、主リングのそれからずれている。
( a )については、ダイナミックステアリング装置によって取り除くことができ
る。また、 ( b )については最初の据え付け時に十分注意すれば特に問題はない。
しかし、現 Sxラインの調整 t;t..装置が複雑に入り組んでいることと、残留放射
線が高いことから困難である。
また、図 5に示すような取り出しピ}ムの再パンチ現象については、その原因と
対策に関しては、全く手付かずのままである。
図 5 取り出しビームの時間構造
( 6) 高周波加速系の改造と増強
取り出し周波数 6. LlMHz
500 n s e c / d i v
高周波系の改善および改造については現在 rfグループによって行なわれてい
る。
4 まとめ
E P 1関係の加速器側装置は!順調に製作が進んでおり、昭和 64年秋以降テス
トビームを EP 1ラインに出せる予定である。また、 PS改造プログラムは、お
よそ項目(1 )から (5)の順序で行なって行く予定であるが、途中 EP 1関係
の作業が入るので、その聞は中断ずることになる。また、 variable γT 関係は、
ダイナミックステアリング装置の調整が終わり次第テスト実験を再会する予定で
ある。各項目あたり必要な期間は、方針の確定したプログラムで 2年程度、その
他はmachine stud~ を含めて数年程度と考えられる。
-19-
i NS-sKs%/a^;fe$iJg
9 ^ 6 , 7BKM:fiaffi38jJr'TMTfcft;fe " I N S ~ S K S 5 f f l ^ f e » l i ; o ^ T » <D7 -ti/avytfffliPtitbfo* zziz. *©B#©MiB&©rt&S4»4>u:S ZtbTfrt bfc,
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n + A-»S * + X Af» exclusive process : n + A-* p + S ' + ( A - 1 ) Jx.1&<D9—¥y
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£ M £ * " i 2 b f e , RttftSBajaT-r*** £ © # $ £ £ » * * - * £Wt 400MeV/c ©K*IH
•r.
— 20 —
INS-SKSを用いた物理
東京大学原子核研究所 柴田徳思
9月6、7日に原子核研究所で行われた “INS-SKSを用いた物理について"のワ
ークショップが開かれました。 ここに、その時の議論の内容を中心にまとめてみました。
20名を越える方々からの話題の提供がありました。 ここでは、 1 )核内での粒子の
共鳴状態のふるまい、 2)短距離相関と 6クオーク状態、 3)核分光法としての χ散乱、
4)ハイバー核の生成、 5)ハイバー核の崩壊、に分類してまとめてみました。
1 )核内での粒子の共鳴状態のふるまい
核子の共鳴状態や各種の中間子が、原子核の中で自由な空間でのふるまいとどのように
異なるかを調べるのは、原子核の多体効果を調べる上で有効な方法だと思われます。
S I{ Sは、間口の広いスベクトロメ}タなので、 2個の荷電粒子に崩壊する事象を観測
することが可能です。 この点から、 1つの興味は S・の構造を inc I us i ve process :
冗 + A→S・+ Xや exc1 us i ve process: π+A~p+S ・+(A - 1 )反応のターゲツ
ト質量依存性、エネルギ}依存性老測定することにより調べるというものです。 S.の構
造はq可とするかKKのゆるい束縛状態とするかでその大きさが異なります。 核内での終状、
態相互作用の幾何学的大きさ依存性やエネルギー依存位の違いを用いて構造を調べようと
ずるものです。 他の問題としては ρ生成、 φ昼成を調べることでしょう。 OZI許容
生成と非許容生成反応の原子核内での変化につ恥ては大変興味ある問題だと思います。
SKSを用いて実験的には観測可能であるとの評価が報告されました。 これらの問題は
SKSを用いて是非進めたい課題で、今後実験的可能性や理論的立場から議論を更に詰め
る必要があります。 なお、 π+p→ρ、 S・、 φ生成量の πの運動量依存性を図 1に示し
ました。
また、核子の共鳴状態という観点からは、共鳴エネルギーが他の共鳴状態から孤立して
いて巾のせまい共鳴が、変化を見るのに適しているわけで、 1つの候補はY・(1520トleV
)でしょう。 この観測については、後方散乱、崩壊粒子との同時計測により可能性がある
と指摘されました。 興味ある問題ですが、この状態老生成するには 400MeV/cのK中間
子が必要で、現在 SKSを設置しようとしているビームラインでは適さないことになりま
す。
-20-
2) *a&B8tfflB8fc6?*~*tt88 Dibaryon KoV»T. S= -1 1= 1 triplet l i o l > T B N L T^f tOnT^t t '&Bg^ ' r
^ J ; - 5 ^ ^ - ^ * ^ ^ n f e ^ t t - ( ? ^ * ^ 1= 1 singlet fcol^T <?t, K) 5iSK«k« spin flip ^ffl^fempg^^-y^ bT»cDirfigtt«te»T*«ifttWttife«raai"e'r.
H-particle C o ^ T , 5JI7£> Stfc-i&tfBLfciOI'-^K.l; % H-particle &«©@
»©Jffl*tfc^ttillJ88ai«©RI#&S* ^ & 5 K 8 H - b f c ^ M T r * .
Double charge exchangeJS^^ol iT. n^Bfl1?©—SUSfSSJSIJSlSHU 2tt :P*tR|
#t«»f^6. 2&?-ra©*sffitt*B!Jfl*. £££ rc&a>fcT?g**>#sii!*©;&*EfT'r. GUuber&£f f l ^ f c&$S©!+##*$f t3 ;b f co ^ » * 3Hfig©WIifJl©SMft -*single
charge exchange£l£;©III? -* double charge exchangeJgl&©S8? -»• £aSB8£*BIS8©|p/l
fcfil^RlJfe4»ttT©Ji«)^*^'K^H ' > & < £ & . ££*T?i«£)&>K"tJ8*"5a>JIfa©
& r t T © W i » f c ^ y ; * # £ a b T V ^ < ± ^ & S T ? b j ; ^ .
3 ) » f t # 8 s f c b T © K » a
AiSlS«kO?S^X*;l /^- igiaT?©n»a©*#tafcU I ) Impulse jEttl** & * « - * ? *
^c 2 ) K * M I P © mean free path **&< ft 0 J3C^&©8!Sg&£J$*l*. 3 ) 7-4 V
^ comftiimMTi z *^®fr*w Z&KT % z t&m&K t &^ t To *(D-mtbT
&Q*.dftm®ii'mUlistit\jl£. 1 ) ~ lGeV/c «#©M+ro^SSLttff i*»ttfc7-f
48 C a 0 M l ^ - • • Z l * i « £ f c b T * t t : f K « f c * i R £ i : b T M l © quenching ©Ml S3
*«*ftTv»* • • • tu^r^fs^fi^os^-^w^^KTt*. A«Ja©7iScaTtt» /ft*l8&a>t;:**<:fcttT?STV»ft^. 2) 13C©f£^{il^e>tt^J;d^7-fVX^7 - r f i ^ t t , «ftM«[*<«rtT«i*j#ofeibKaaft»*«SKJK»*«3[Hti*i:%A6n
S. O £ * K n^|ffl^**i:©a!i«^*TrtffllKti^S*^d^K«fc«3|{[aft»5<5*^S<
-**ffi^*£fcfc«k9#«Kafc$ttfc33»*JT?£* lGeV/c «#©wtfcaa*ttffiU<Kiffi
•e*n«. jsc™©ifjg> RiS«<t*-E3i*ai»^s«!^#<©Paii*ifl^*^'r*'&ffl
— 21 —
2)短距離相関と 6クオーク状態
Dibar~on についてo s=・1 1= 1 tripletについて BNLで存在の可能性老暗示す
るようなデ}タが得られたわけですが、 J=1 singJetについて〈 π，K)反応による
spin flipを用いた重陽子タ}ゲットでの可能性老詰めてみる事は興味ある問題です.
II-parti c 1 eについて。 現在、京大一名古屋大グループ民よる H-particle探索の提
案が KEKで採択されているわけですが、大変興味ある問題なので、写真乾板以外の中心
部の崩壊粒子観測用検出器の開発等、今後更に検討したい探題です。
DoubJe charge exchange反応について。 π中間子の二重荷電交換反応は、 2核子が関
与する所から、 2核子間の短距離相関を、どこまで明らかにできるかが興味のある所です。
Glauber法を用いた生成量の計算が示されました。今後、素過程の断面積の集積→single
charge exchange反応の理解→ doublecharge exchange反応の理解→短距離相関の解明
と長い時間をかけての進め方が必要で、少なくとも、どこまで明らかにできそうか理論の
枠内での明解なシナリオが進めていく上で必要でしょう。
3)核分光法としてのπ散乱
ム領域より高いエネルギー領域での χ散乱の特徴は、 1) I mpu I se近似が良さそうであ
る。 2)π 中間子の meanfree pathが長くなり原子核の深部を探れる。 3)アイソ
スピン依存性がA領域と異なる。等でこれらの特徴を利用して、現在までの原子核の分野
での研究で理解できない部分を明らかにすることが可能だと思います。 その一例として
次のような問題が議論されました。 1) -- lGeV/c領域の π中間子散乱は相対的にアイ
ソベクトル転移がアイソスカラー転移より A領域に較べて大きくなる。 これを利用して
46 C aのMl転移・・・これは主として中性子による転移としてMlの quenchingの議論
がされている・・・に対する陽子転移の寄与を明らかにできる。 d領域の π散乱では、
アイソスカラー転移によるバ、ソクグランドが大きく、観測されたスベクトルからは、この
点老明らかにすることはできていない。 2) 13 Cの転移にみられるようなアイソスカラ
ード転移では、波動関数が核内で節を持つために散乱角分布等に影響が現れると考えられ
る。 つまり、 π中間子がこの節を格えて内部にはいるかどうかにより散乱角分布が大きく
変化することが期待できる。 従ってこのような方法で核の内部が探れる。
このような方向の物理は、 SKSのような大立体角と運動量分解能を持つスベクトロメ
ータを用いることにより非常に効率的に実験ができ、 lGeV/c領域の π散乱が精度よく記述
できれば、原子核の構造、反応機構等で現在理解できない多くの問題を明らかにする有用
な方法となる訳で、この点を明らかにすることは大変重要です。
-21ー
4 ) ; M / ? - $ © & $ A/WA-flEKo^T. U \ K + ) J S ^ ^ A A ^ A - ^ ^ ^ / i E - r S ^ ^ T B N L l i
^Yt-no^-VZW-oT^tt-bU S fc IN^+#f t fc©i :k t IU:>f t£ t t /U » E 1 5 0
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It ( « , K) EJS$©ISftSEJ&K«k*&fiJc£S9^*£fcWtmg-e-f.
B J W - r t - t t t e o H T . SU£*T?^K£«teJ ;* iBiMfM#&*©#"e ' r . SSKMUitt
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K) 12C^CSfc0&gfcfr£1-*i:. 1.8 GeV/c K-^W^tf lOVspi llffifcfttf^Ifettnm'T?
"To £ # challenge b&V*^-*"?**?*.
5 ) ; W A - $ © ) M
A4A-&©Ji)J8&T?WU 1) A-f A — # ^ © « ! | ^ 2 ) M / W A - $ © i ! l £ K : o V »
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K ^ M ^ s ^#8f l f t* t i , * : f f f i j©loT?* .
J J l l f f l l i K t i r f t * b & # * ffi^B?6E^cii*fljafe*X^^ h a * - * I N S - S K S 5
m^%t, £©«k,5K^^«isia*#i®*'&«c:fc*«-est,r. iKss^fe^^Ko^
— 22 —
ll)バイバー核の生成
Aハイパー核について。(冗+ Kつ反応でAハイパー核を生成する方法で BNLは
89 Yまでのデータを取っていますが、統計的に十分なものとは忠われません。 現在E150
の実験が KEKで進んでいますが、スピンフリップを伴うような転移については角度分布
の測定が、その同定記必要となり、立体角の大きいこと、運動量範囲の広いこと等SKS
を用いるのがよい方法でしょう。
zハイパー核について。 非束縛状態での巾のせまい状態やL-Sポテンシャル等、興
味ある所ですが、現在 stoppedK反応では生成が確認されていません。 生成されたZ帽ハ
イバー核ではクーロシ力の助けにより束縛される可能性があり、 〈π，K)反応による 1
つの候補として28Mgの生成が議論されました。 いずれにしても 2ハイパー核について
は (π，K)反応等の異なる反応による生成を調べることは重要です。
gハイパー核について。 現在まで写真乾板による観測例があるのみです。 実験的には
大変困難と思われますが、図 2に示すように Dover等の評価によれば、少し重い核の高ス
ピン状態では、 1μb/srを越える生成量が示されています。 現在の E150のt2 C (π，
K)t2C実験の経験からすると、 1.8GeV!c K-中関子がlOS!spi11使えれば実験は可能で
す。 是非 challenge したいテーマです。
5)ハイパー核の崩壊
ハイパー核の崩壊では、 1)ハイパ}核寿命の測定、 2)偏極ハイパー核の測定につい
ての提案があり、それぞれ実験的に可能であるとの評価が示されました。 偏極ハイバー
核については素過程での偏極と軌道角運動量による偏極が考えられますが、まだ理論的に
両方の効果を取り入れた計算はされていません。 乙の取扱の可能性が示されました。
偏極ハイバー核の検証ができれば、ハイパー核の弱崩壊の機構の解明、核内でのA粒子の
磁気能率の測定等興味ある分野が聞けます。 このような崩壊機構の研究は、 〈π，K)
反応によるAハイパ}核の生成が偏極ハイパ}核の可能性、重い核での基底状態付近の生
成率の大きい事等とあいまって、大立体角、高分解能を持つ S!{Sを用いた実験として大
変有望で、今後期待される方向の 1つです。
以上簡単にまとめましたが、高分解能大立体角超伝導スベクトロメータ INS-SKSを
用いると、このように多彩な物理を発展させることができます。 上に述べた実験につい
て必要な運動量と粒子を表 1にまとめました。
-22ー
3U . S K Sfcffl^fcftfflfco^TOMS&^ftfe&ettfi^fcilttft
• T - - 7 fe^CDSSB iElfeS ( GeV/c )
s-
Y* ( 1520MeV )
V (~1700MeV)
71
n
71
K
K
1.5 ~ 3
~ 1.6
1.8
0.4
0.8
dibaryon S= -1
H-particle S= -2
double charge exchange
7t
K
K
it
1.5
0.8
1.8
~ 1
&#f t& i :bT©7i f * f t n ~ 1
A / W A - & (7t, K) 2 A ^ A - i (71, K )
~;WA-& (K-, K + )
7t
71
1
1.5
表 1. S K Sを用いた物理についての議論で現れた必要な粒子と運動量
テーマ 桂子の種類 運動量(GeV/c )
粒子の核内での共鳴状態
S ・ 冗 1.5 --3
ρ π --1.6
φ 冗 1.8
Y. ( 1520MeV ) K 0.4
Y. (-1700NeV) K 0.8
短距離相関と 6クオーク状態
dibaryon s= -1 冗 1.5
K 0.8
H-particle s= -2 K 1.8
double charge exchange 冗
核分光法としての π散乱 1[
ハイパー核
Aハイパー核〈 η，K) π
2ハイパー核〈 π，K) π 1.5
Eハイパー核 (K-，K+)
-23ー
10 T — i — r T 1 1 i—i—i—r
TT + p
10'
10'
10
10 0
'10' 1 I- . . . . I i i_ • i i i_
10 0
P l a b ( G e V / c )
10
\M1 1 . n- + pRm-l!<Dp, S', *CD&fiK»fffifI(DiIliSfiSc^tt
— 24 —
104
-、
.g 、、-'
102
u)
101
噌
-E-n
U
、E
E
103
100
π +p
nu nU
、・E、E
E-n
U
司EE
・P1ab (GeV/C)
匡司 1 . π・+p反応での ρ，s ・， φの生成断面積の運動量依存性
-24-
JVJ
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30
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20
10
1 1 1
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1 1 1
K " p - K*H" * Berge el ol. • Oouber el ol. A Bur gun el ol.
\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ i \ \ \
• i i
.•
1.0 1.4 1.8 2.2
P,ob(GeV/c»
2.6
- I I ' ' • 1.6 . 2.0 pl<lbIG*V/c)
.6 2.0 p,obICeV/c)
M 1.8 2.2 pioktG«V/cl
m\ 2 . K-p -> K+3- fcmtEnjrt-i&vfcmmuft
— 25 —
1.2 2.2 1.8
P'oblGeVlc)
.
ー
。03ト ~HeIK-.K+I~n
2.4 1.1
K-p-除 K+a-
• Berge el 01. ・Douberelol. A ButC)un el 01.
1.
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1.6. 2.0 PloblG，Vlcl
40
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.0.2
K+E-反応と Eハイパ}核の反応断面積ー+K-p E豆12.
-25ー
1. SKS^^hD^-^-OSg
i .1 avmz
S & a X T ^ X f l f ^ i r & f B l b T s GeV © / W W ? . K ^ I H ^ C l f -
tt£i«#8?Gg&7t8tii^ <+IWx*;l,*HK^«W&©»©fflte**:*^* M3* - * - : I N S - S K S ) © 3 8 « * J 6 « > T ^ * . £ © 3 ^ ? }• a x - *-mi&tt
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£ © 2 ^ * hny-^- t t3Sf iS«Wx*j l /^ -«SI*W»»r l2 GeV » ^ $/> ^aHa>©SBf*»SK:«B*n^S©W%#©*ra?iJff lC«**i«.
I . 2 *P&SHI
— 26 —
s KSヌベクトロメーターど新婁験宮
東大核研永紅知文
1. S K Sスベクトロメーターの概要
1 • 1 はじめに
東京大学原子核研究所では高エネルギー物理学研究所、全国諸大学並び立米国
国立ロスアラモス研究所と共同して、 GeV領域のパイ中間子、 K中間子等のビー
ム老用いた原子核研究を推進している。この研究をさらに飛躍的に発展させ石た
め原子核研究所において昭和62年度より 8年計画で超伝導磁石をもちいた広立
体角高分解能粒子検出器〈中間エネルギー原子核研究の為の超伝導スベクトロメ
ーター 1NS-SKS)の建設を始めている。このスベクトロメーター建設計
画は大型双極超伝導磁石を中心に各種検出器系並びに付属回路系よりなりたって
いる。
本計画で建設され石スベクトロメーターの完成予想図を図 1に示した。目標性
能は2.1に述べてあ省。 111000の運動量分解能はGeV領域のビームによる反
応であっても原子核の励起状態を分離して観測するために必要とされている。ま
た、大きな立体角はこれまで一週間以上もかかっていた実験を能率よく行うと共
に計画中の相関実験のためにも重要な意味をもっており、磁極間隔が広い大型磁
石の建設が肝要であ石。このよう ~~G e V領域の粒子に対して高分解能かっ広立
体角の二つの条件を満たすスベクトロメーター用電磁石としては約 100度の軌
道粒子偏向角を持つ強力な超伝導磁石の導入が必須となる。文乙のような大型電
磁石の電力消費は常伝導電磁石では数MWにも上るため運転のための電力経費の
観点からも電力消費の少ない超伝導電磁石を用いることが望まれる。現在、われ
われは本超伝導スベクトロメーターに先立ち高エネルギー物理学研究所に 12 G
eV PSにおいて常伝導磁石を用いたスベクトロメーター (P1 Kスベクトロメー
ター〉の建設を完了し実験を行っている。今回、建設する超伝導スベクトロメー
ターは乙の常伝導スベクトロメーター建設の経験に基ずき高分解能化、広立体角
化をはかつて設計されたものである。
このスベクトロメーターは完成後高エネルギー物理学研究所12GeV陽子シン
クロトロンの新実験室に設置され全国の研究者の共同利用~~供される。
1 .2年次計画
表 1 に超伝導スペクトロメ}ターの建設年次計画を示してある。超伝導磁石t~
-26ー
G2*m 6 3 # j g 6 4*fjg
O |Bl-L & £ . ©
o pi i mft ®
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o jfeSfc&tbsi ©
— 27 —
ついては 62年度に鉄芯、 63年度にコイルおよびクライオスタットの一部、 6
4年度にはコイルおよびクライオスタットの残り部分を製作す石o 64年度には
又磁石回転機構、電源を製作す忍と共に現場で会系を組立て、完成する。建設計
画が3年次にわたるため、初年度は鉄芯の製作に先立ちスベクトロメター全系の
全体設計が進められてい石。
表 1建蹟予算年次計画
62年度
①.超伝導分析電磁石系
O 超伝導磁石用コイル
O 向上 鉄芯
O 岡上 電源
O 分析電磁石回転機構
O 全系設営配管醜線
@.也子検出器系
O 飛跡検出器
@
@
O トリガー検出器 @
O 粒子弁別検出器 @
@.高速データ処理回路系 @
-27ー
63年度 6Ll年度
@ @
。@
@
@
2.SKSXA?hn^-^-Ottftg
2.1 S«tttt
^$#**iS&@MeV/c*><=>G e V / c © T I ^ R S ^ • K4»IBBH$s*. £ ^ & #ft* K^ i i»*#J IMBTaiS*" 3 *>©-*?**. t:©«k'5&® :P«©W&©fe» ©?S#fcl /T, JaT©«k3fct t f tg#&«4:*:h*.
1 • JEttft^Wllg A p / p - 1 / 1 0 0 0 a t 7 0 0 M e V / c
2 . g*xII&S 1 . 5 G e V / c 3 . iggjSfgH > 2 0%
4 . flgfflft 1 0 0° <*&*l«> a t 7 0 0 M e V / c
5 . &tfc# 1 0 0 m s r 6 . HlfTKgSt $*!5m
^ S H ffi2g©lo©^-^irbT. ( n , K) J R J 5 t t i f c S ^ - f ^ - « ^ ' N ^ h D ^ 3 f ~ § % i § i : > JKDfcts t t l iSSt iSK^W^OJlf ta t ts / W W A - & ( 0 * ^ K 7 0 0 M e V / c s 2- /W/?-«?©i*&K:8 0 0-^ 1 l O O M e V / c
/ 1 0 0 0 CDiI»fi^(»fi64Sf&S*e & § o
© £ $ S f M ^ £ # ; i T . ft*1.5GeV/cOA»l*;l"P-Wefc*n5. sKSftts ^©jlliMoK'-^^jiD^^e.ti^.kotJi^^fctiacD^P©^:^
cMMfcJtfcJi* 7 0 0 M e V / c © & ? t t t t b t * Jbffi©»ifrtt#JRa&fcfc*
2«N* ha.*-*-©*Sfc£tt;#fcU ajK©mrMi»tf-AK«fe-3TSJ[B»f
ft-a fe«*©Kllim»^&*flT«Bti: *•*&»£*> 1 0 0 m s r m ^ © 3 t f t : ^ { i ^
•28 —
2. S K Sスベクトロメーターの性能
2.1 目標性能
本スベクトロメーターは、 GeV領域のχ中間子・ K中間子と原子核との反応
で放出される数百MeV/cから GeV/cのπ中間子・ K中間子等を、広い立
体角、高い運動量分解能で測定するものである。乙のような原子核の研究のため
の再求として、以下のような性能が必要とされる。
表 2 S KSの目標件能
1 .運動量分解能
2 .最大運動量
3.運動量範囲
Il.偏向角
5.立体角
6.飛行距離
6p/p--l/1000
at 700MeV/c
1.5GeV/c
>20%
1 000
(中心軌道〉
at 700MeV/c
100msr
約 5m
いま、研究の 1つのテーマとして、 〈π，K) 反応によ~ハイパー核スベクト
ロスコピーを考えると、このとき放出される K中間子の運動量は、^-ハイパー核
の場合に 700MeV/c、L-ハイパー核の場合に 800......1100MeV/c
程度である。ハイパー核の各励起準位を分離す忍ためには、との運動量領域で 1
/1000の運動量分解能が必要である。
L-ハイパー核を研究するには、図2tt.示される素過程における 00
での2粒子
の生成断面積から考えて、最大 1.5GeV/cの入射エネルギーが必要とされる。
SKSでは、この運動量のビームが通り抜けられるように磁石出口の間口の大き
さを設定しであるく図5参照)。
スベクトロメ}ターのアクセブタンスの運動量範囲としては、様々な原子核の
励起状態を一度に捌定できるように、 20%程度とする。
中心軌道を通る 700MeV/cの粒子に対して、上記の運動量分解能を得る
ために、偏向角は 100。としてい石。
スベクトロメーターの大きな立体角は、強度の弱い二次ピ}ムによって反応断
面積の小さな事象を測定する上で重要であ否。また、とれまでほとんど不可能で
あった種々の同時計数実験を可能にするためにも 100msr程度の立体角は欠
-28ー
K^ffi :f©«'Jj£££/5£&^T^3©T? (c T = 3 9 1 cm) . tfilli&&ft<D
mtzmmmit* ^sm-essc^^^ ha*-*-©£«& 5 m*ug£s
- 9 - 1 ^ ^3©3®0T?^5o
313 I NS-SKSfl-flT%%qgO!)£g;\-^~9~
1. g** '^^ 3 ^7,^
2 . &@TO 5 0 c m 3 . 4>>i>®©J£JLrli£ 2 0 0 c m
4 . ^ D i M ^ g 1 0 0 c m
5. mm V—VVY-&®mm 120cm
2.2 rt^myz ^ A ^ F n y - 5 ' - 0 4 f i : f t ^ 1 0 0 m s r S g ^ t b T t ^ , CtiHU ft
%(n, K) £J&K<k3A4A'~M©$&K^$ftT£fe«fcd$U 2 0 m s r JaToXA-^ h a ^ - ^ - K J t ^ T S f g j ^ i o y ^ ^ T ^ ^ ^ ^ ^ O o #XA-£
©8tfP©iK»©flli)*IH5TJ**. £©^-&©XA*^ h a y - ^ - o r n 7 ^ > vttt* BJ6K3S*ft3fc*J0T?SS. Jfc(fe©;feab£x K E K - K 2fcf-jU9-f > "PttfcnTl>SP I K 3 A ' £ h n ^ - * - 0 7 ^ < f e ^ 3 ' > 7 % a « , T 8 S . £<D IftfrfcU 1 0 5 0Me V/c©K*flH te-Afc«k*A-A^AH*©&«S0SKK &t>i£T&Q, 7 2 0 M e V / c f l , f i , E 7 i ' ' f e 7 d ' > X W S < « « J ; ^ K « t o T V * . p - 0 ¥ ® T # 3 f c s P I K X ^ * F a ^ - ^ - o ^ G i t t , /J>l/»a
— 29 —
く乙との出来ない条件である.
K中間子の測定に重点をおいているので (cτ= 391 cm)、検出器全体の
長さは、でき~だげ短い方が望ましい。 700MeV/c の K中間子が50%崩
壊する飛行距離は、約5mであるのでスベクトロメーターの全長は5m程度を目
標としている.
以上のような性能を確保するため設計きれた、超伝導分析電磁石の主要パラメ
ーターは、表3の通りである。
表3 1 NS-SKS分析電磁石の主要パラメータ}
1 .最大中心磁場
2.磁極間隙
3.中心面の底上高さ
4.中心軌道曲率半径
5.標準 ターゲット恒磁極間隔
2.2 アクセプタンス
3 テスラ
50cm
200cm
100 cm
120 cm
スベクトロメーターの立体角は、 100msrを目標としてい省。これは、従
来〈π，K)反応によるハイパー核の研究に用いられてきたような、 2Oms r
以下のスベクトロメーターに比べて5倍以上のアクセブタンスを持つ。本スベク
トロメーターでは、磁極間隙を 50cmとし、粒子の飛行距離を 5mとすること
で広立体角を実現している。ターゲツトと磁石入口との距離はターゲット周辺に
相関実験用検出器を置く空間を確五するため 120cmとなってい石。
。は土 15・まで測定可能である。図3に12Cの1¥.-ハイパー核の生成断面積の
角分布が示されているが、 1 5・までを一度に測定できることは、生成断面積の
大部分をカバーしており重要である。
図4に、現在考えられている検出器の聞置が示しである。このセットアップで
の粒子の飛跡の例が図5である。乙の場合のスベクトロメーターのアクセブタン
スは、図6に示されるとおりである。比較のために、 KEK-K2ビームライン
で使われている PIKスベクトロメーターのアクセブタンスを揚げてあ否。この
設計は、 1050MeV/cのπ中間子ビームによ忍1¥.-ハイパー核の生成実験に
合わせてあり、 720MeV/c付近でアクセプタンスが大きくな石ようになっ
てい石。 p-9平面でみ苔と、 P1 Kスベクトロメーターの場合には、少し角度
を持って入ってくるビーム粒子が直接スベクトロメーターに入ってしまい、バツ
-29ー
T$cte^ko\zu^x\^* ttz, ftffim,m:6(Dihnx<D7k¥-yj$imW:kmwi&
2 . 3 £gfrfi£jgftg
T*&3o 1 / 1 0 0 0©>gIijS#8?fiBk)U 1 G e V««©fcr-AB:«fc'3TX*Jl/
K f f l t ^ f t S o ^ a»ft©8i^tt«-S ;f©lliaojE«l«t«!l^t!:«fc'3Ttf*)*i*.
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3 . 1 « 5 © » * » H - « « k r / t t S © J g «
mzmta?tmmz^om^ mmRvu^-op':^iz^w:bx\^o m9tzm
— 30 —
クグラウンドをつ〈っていたが、 SKSスベクトロメ}ターでは、ビームは入っ
て来ないようになっている.また、分析電磁石の出口での水平方向座標と運動量
との相関も強くなるので、一定運動量範囲の粒子を選択的に捉えるのに都合が良
くなっている。
2.3運動量分解能
本スベクトロメーターの性能のうちで、運動量分解能は最も重要なファクター
である。 1/1000の運動量分解能は、 1GeV領域のビームによってエネル
ギー分解能i主1主主をもっ原子核のスベクトロスコピーを行う上で、是非とも必
要である。例えば、理論計算によって予想される1¥.-ハイパー核のスペクトルは、
56F eの場合に図7に示されるようになっており、高分解能の重要性が明かであ
る。
乙の超伝導スベクトロメーターはエミッタンスの大きい二次ビームによる実験
に用いられるので、運動量の決定は各粒子の軌道の正確な測定によって行われる。
との方法はスベクトロメーター全体の長さを節約する上で有利な面を持っている。
従って運動量分解能は、磁場中での軌道解析の測定誤差と、粒子の通過中の多重
散乱及びその際のエネルギー損失のふらつきによって決定される。
軌道解析による運動量分解能は位置検出器の租:o定精度とスベクトロメーターの
磁場強度により決定される。このスベクトロメーターでは大きな立体角を得るた
めに飛行距離を短くしているので、分解能の条件を満たすために最大中心磁場を
超伝導磁石を用いて3テスラとしている。これは超伝導コイルの安定性老維持し、
また漏れ磁場を小さく抑えるために許容しうる最大磁場である。図4に示した検
出器配置に基ずいて多重散乱及びエネルギー損失を考慮にいれてモンテカルロ計
算を行った。図8に運動量分解能の各チヱンバーの位置測定精度に対する依存性
を与えてある。この図から明らかなように、 100-200μmの位置分解能が
あれば目標性能 1/1000の運動量分解能が得られる。但し、多重散乱及びエ
ネルギー損失による運動量分解能の劣化を避けるため、磁極間隙等粒子の飛行空
聞にHeバッグを設けることとし、位置測定用のドリフトチェンパーの厚みもで
きるだ蚊減らすようにしている。
3.超伝導磁石の設計方針
3. 1磁石の基本設計および鉄芯の形状
磁石の基本設計に当たっては 2.1 ~ì:.おいて述べたスベクトロメータ}の目標性
能を満たすと同時にその製作、運転及び保守の伊アきに留意している。図9に設
-30ー
»ftM£fc£©j&*»&HS!*sj§r<5. *Mfe*^#fm^5^« . «***&«»**
3-rX7T?&3fe&K:. tttf-fiPttftU *©tt*«;£©tt»B:»*ltt«*&l3
&5£bfeo * « # £ # £ W b T t t * « f»«-%fc f ibT^W*J ta -T?3 t» f « « - »
* . *fifcaMt«£*WU tt«A*S**6rcfcKJ:r>T^»i'^^A*taf«F
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£ 4 jgfc3W5©f#7t
Ml
3f«x* ;HF-
»«A
3 . 2 z:^7cRVHtfC7cK«ti-#
3 ^ r ^ ^
5 0 cm 3 m2
—3 0 0 t o n
6 0 0 AJsTF 5 0 A / m m 2
2 . 1 MA • T
4 . 2 ^fXv 1 1 . 8 MJ
N b T i / C u ( C u i b : 1 0 ) < 3 W ( 4 . 2 K £ & ^ T )
— 31 —
計された磁石の概略外形す法を示しである.特に磁極の形状は、コイルにかかる
電磁力および製作性の点から、左右対称型を採用しているo K中間子の飛行距灘
の短縮、材料の節約、検出器用空間の確保などの要請から、できるだけコンパク
トな形状とレた。
磁石の形状は、 H型、ウインドウフレーム型が考えられるが、電磁力、侵入熱、
製作性などの点から H型を採用ずる。本超伝導分析電磁石系は、最大中心磁場が
3テスラであるために、鉄が一部飽和し、その結果鉄芯の外部に漏れ磁場を生じ
る.設計では鉄芯上面での漏漉磁場を 500ガウス以下とす~ょう鉄芯の形状を
決定した。電磁力支持に関しては、断熱材をとおして外部構造材で支持す号外部
支持方式と、液体ヘリウム容器を剛構造にして支持する内部支持方式が考えられ
号。本超伝導電磁石系は、熱侵入を極力減らすことによって冷却システムを簡略
化し、定常運転を容易にするために内部支持方式老採用する。そのために三次元
磁場計算にもとずく電磁力解析及び構造解析を行っている。また、分析電磁石と
して、熱サイクル、励磁サイクルに対する磁場分布の再現性があ石ょうヘリウム
容器はできるだけ剛構造とな~ょう lとしている。
表4に現在設計されている本超伝導磁石の諸元を示す。
表4 超伝導磁石の諸元
最大中心磁場
コイル形状
磁極間隙
磁極商積
総重量
運転電流
電流密度
コイル起磁力
最大経験磁場
蓄積エネルギー
超伝導線
熱侵入
3.2二次元及び三次元磁場計算
3 テスラ
セクターr型
50 c m
3 m2
-300 ton
600 A以下
50 A/mm2
2.1 MA. T
4.2テスラ
11.8 MJ
NbT i /Cu (Cu比 10)
<3 W (4.2Kにおいて〉
電磁石設計のため二次元及び三次元の磁場計算を行った。図 9に磁場計算に用
いられた磁石の形状、図 10に三次元磁場計算によるコイルの起磁力と中心磁場
-31ー
?7>?%m£.?%K-temiZ*Ztl%&oZ.MMJJ2.1MA* Ttf&m-Z&Zo £ <Dt%<Dm&.?%mft*5teMl l-a,b©<fcd£&oT^3o 01 1-aWt* 4»
<b¥ffi±x>h*^W3 - 2 & ZXz^mz - 2 ^faft 5&ft±T>(DB zfrmi** 0
3o _hT©3-£©Jf*ts ;M>©tJ3-£©*£*teHftx&i#ti-#KfcJ:-f
4. 8 T ^ & ^ © ^ I I
•CT3$Jg I 7 A 7 V > 7 onB# 2 0 t / m 2
o f f m 6 7 t / m 2
oft*) ± 1 . 5 m m ^ ( 3 m 2 S » ) )
•aJUllBa #jlOX10m2
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t f - A ^ 7t±,K±,p±
JliijSSEffl l - 2 G e V / c tf-2^Jg 1 07 7i + /s pill
mwi&ttmm I / I O O O & T
• $AP 5mJJLh
— 32 —
との関係を示しである。磁極間隙50cm、磁極面積約3m2の空間に中心磁場3
テスラを発生ずるには図に示され忍ように起磁力2.1MA・Tが必要である。と
のときの発生ずる磁場分布は図 11・a，bのようになっている。図 11・aは、中
心平面上で小さい側ヨークから大きい側ヨークヘ向かう線分上でのBz分布で、図
1 1・bは中心軌道方向の磁極間隙中心から外に向かつての線分上のBz分布であ
る。上下のヨークの厚きと、大小の側ヨークの大きさは三次元磁場計算にもとず
き鉄芯上面での漏れ磁場を 500ガウス以下に抑えるよう決定されている。乙の
ために鉄芯の全高は3.3m以上であ石ことが必要である。また、コイルに働く電
磁力及び応力は図 12に示す通りである。コイルは、円弧側tと全体として約 10
8トンの力で押され、 2つの上下のコイルは30ton/mで反発す弓と計算されてい
る。コイルの曲げの部分に働く応力σ1、 σ2を図中にそれぞれ示す。
4.新実験室への要請
新実験室に対して、 SKSスベクトロメ}ター設置の条件として以下のような
要請をUたい。
-床面強度 エアベアリング on時 20 t /m2
o f f時 67t /m2
-床面平坦度 水平度 0.1%以内
うねり :t 1 .5 mm 以内 (3m2当り〉
-可動範囲 約 10 X 10m2
-中型冷凍機の設置 20 l/h程度のもの
-ビームチャンネル
-搬入口
ビーム粒子
運動量範囲
ビーム強度
運動量分解能
5m 以上
π:!::，K土， p :t
1.....2GeV/c
107π+/spill
1/1000以下
-32ー
• ? b - > 3 0 t J a ±
KrUSfc^TJOSKS:*^ M3^-^~©HaSS*N 0 1 3 fcw*-.
-クレーン 30 t以上
-磁場測定 据え付け現場立て行う
新実験室でのSKSスベクトロメーターの配置集を、図 13に示す。
-33ー
SUPERCONDUCTING KAON SPECTROMETER
DC4' ^ 1 ^ WALL/1 AEROGEL/ CERENKOV^
LUCITE* CERENKOV*
1 I N S -S K S £ f t |
— 34 —
BEAM
SUPERCONDUCTING KAON SPECTROMETER
図 1
SUPERCONDUC TING MAGNET
Bmax.3T.・slo
INS-SKS全体図
-34-
0.00 1.25 1.5 1.75 2
PION MOMENTUM (GeV/c)
2 m&m~H<DA, S & ^ C D & f i & B f i S B t O X ^ U ^ - f c i g t t
• r
0.1
E„= 0 WeV
j i
0° 5° 10° 15° 20°
HJ3 12C A-/WA-&©£$Sfi f f f f i<D8JK£tf
— 35 —
V.IO
十
(π ， K+)
~
〆/ Jr ，，，
t''' ，，sa'''a
z 人
... 42 o .l o .a E ‘..， -、。o
s 0.05 、、b' '0
2 1.25
PION MOMENTUM (GeV/c)
2粒子の生成断面積のエネルギー依存性素過程での A，図2
ら=0 MeV 2.0
10
Eu= 11 MeV 10
合会ミ)C3b℃
200
150
10D
e凶
0.1 0
0
A-ハイパー核の生成断面積の角度分布12C 図 3
-35ー
一一一一一一ーも-------ー--刊一一'ーー由民
SKS MAGNET
l m i
ini^SDC4 ™ TOF WALL
-AEROGEL CERENKOV •LUCITE CERENKOV
B4 i N s -s K s^ajneagi
-200
-300
•400
SIDE VIEW
600
1§00 MeV/c
800 1000
100 200 300. 400 -50 0 50
05 INS-SKS^^S^.a^liOiJil
— 36 —
50
o
-50
100
o
-100
-200
-300
-400
図4 INS-SKS検出器配置図
600 800 1000
O 100 200 300. 400・50 0 50
図 5 INS-SKS中を通る。粒子飛跡の例
一一一角司佃町一ーん切
-36-
一一一-r 鴨
件 吋.
(a) 120
100
•5 80 en E
o a a
• 4 -1
a, <u o o
<
60
40
20
i i—I i i
SKS Spectrometer
PIK Spectrometer —
600 600 1000 1200
Cb) MOMENTUM (MeV/c)
SKS Spectrometer PIK Spectrometer 1.00
0.89 -
o.sa
0.97 -
(c)
o.ea
1000.
- HSR : .
. .
i
1 •^iiySil? • 1
1.00
0.09
« o.oa -
0.97-
400. 800. 1200. Momentum (MeV/c)
1300. 0.98 ~T T
400. aoo. IZOO.
Momentum (MeV/o) 1600.
E 3 C u 6 o S
000. -
eoo.
700.
600.
eoo.
•pr--80. - 4 0 . 0.0 40.
X(cm) X(em)
HI 6 I N S - S K S © 7 * - f e 7 * > 2 ; & V P I K XA * Y a * 9 -<D7 t> *? *
(b) i I t t f l -3 t t tBf tS"C*fe '7 4 ' - b 7 , d ' > ^
— 37 —
(a)
SKS Sp司ct.rometer
PDC Speclromeler
120
100
40
20
80
80
令官自
)8nsn問
80〈
o 1200 800 1000
MO悶 NTUM(MeVjc) 600
PIK Spectror.neter 1.00
O.日目
0.98
0.97
O.自由
句回
00
SKS Spectrometer
ー
.
.
ト
ト
1.00
0.9a
0.97
0.90
0.99
旬間
OU
、‘.，，b
''t、
1600.
ド
400.
600.-
600. 1200.
Momenlum (MeV /c)
戸、 900.";0 、、> u
d. 600.": g :l .... ~ 700.": g o :ll
1000.
1600. 600. 1200.
Momenlum (MeV/c) 400.
1000.
唱
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FUSEEロugo冨
600.
(0)
500. 500. ー目O. -40. 0.0 40.
X (cm)
40. 0.0
X (cm) -40.
INS-SKSのアクセブタンス及び P 1 Kスベクトロメターのアクセプタ
シスとの比較
(a) アクセブタンスの運動量依存性
(b)運動量ー放出角度でみたアクセプタシス
(c)運動量とスベクトロメ}ター出口での水平座標との相関
図6
-37ー
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O
O
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A-ハイパー核
のスベクトルの計算例
〈坂束、元場による計
算結果を異なる運動
量分解能でみた場合〉
56 F e 図7
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Prr" 1040 MeVlc e ・o.
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20 10 o -10 -20 o
E (MeV)
10
石、
G
X
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E J:l 0
ロ。切む向
日ロ...， 同ω 目。出
4
2
B
6
500 400 200 300
σ(μm) 100
チヱンバーによる位置租:tl定精度と得られるスベクトロメーターの運動量分
解能
(a)多量散乱の効果を無視した場合
(b) テエンパーでの多重散乱を考慮した場合
(c) S D C 3の厚さを 2倍にした場合
図8
-38ー
， 一 - P ー ー 一一一←一一色一一町村
~vir,»*8"r"in-i""«•"IT i{ \"
9 m&m#m'%&&<D®®tm®
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4-3 a v O
SS41
gap YOKE • 50 cm 1.65 m. o 50 cm 1.75 m * 40 cm 1.65 m
0 1 2 3 4
Excitation current [ MA ]
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— 39 —
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超伝導分析電磁石の概略寸法図図9
図 10
超伝導分析電磁石の
中心磁場と必要な起磁力
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SS41
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白
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-39-
一ー匂一一一一一
"i ' v i r i • ' • ' i-YOKE S.C. POLE S.C.YOKE
Cb) [ T ]
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T
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-
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POLE S.C.
E l l 3&7i®.mft%-lz&5M%ft7ft<DBtf,
B 2 f$.ft(Dftm
(b) *lbmMJjfa<DMmW®*>bft<b9\-lZ[t}ifl^T(D&ft±.T>0B zf&
77.4 ton
301.3 ton 55.9 ton 4.3 mm
1.2 mm
6 ton
ton
ton
146.2 ton
</* <TI = 25 ~ ZOkg/mm2
o"2 = 12 ~ 13kg/mm2
1 2 m&mx•<jnzmi»zt}&&vmti<D#*fi
— 40-
(a)
2.0
1.0
ooh -1.0
図 11
(b)
f¥ [T}
B， 2.5+ ¥ B，
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 YOKE S.C. POLE S.C. YOI<E POLE S.C.
3次元磁場計算によ石磁場分布の形状
(a)中心平面上で、小さいヨークから大きいヨークヘ向かう線分上での
B z成分の分布
(b)中心軌道方向の磁極間隙中心から外に向かつての線分上での Bz成
分の分布
77.4 ton
σ1.= 25 '" 30kg/mm2
句 =12 tV 13kg/mm2
図 12 超伝導コイルに懸かる力および応力の分布
-40ー
一一一一一一一一一一一一一一一一一一ーャー『昨日日吟J
m m i l «»n I ii I it * i it * i T
Unit
1 1 3 I N S - S K S CDKE K - P S j ^ ^ ^ ^ - e C D l B S S
- 4 1 —
府可r・.nI 1I;r 11"--'''則 . ~
削.t~ 'e'18，也1.000 6
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e 同↑ゐ
')t1.ヱ‘If
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'tl.t
11 !fl)層、ス'f-:!'
a“・4111...1. ..
守司r帥w・早.."n:1'S.IJ7
図 13 INS-SKSのKE K -P S新実験室での配置案
-41-
一一一一一一F一 一一一一一一一一一一。、
Feasibility Study for a K*-* it * v v Experiment
Using a Toroidal Spectrometer
Masaaki KOBAYASHI, Jyun IMAZATO and Shin-ichi KUROKAWA
KEK, National Laboratory for High Energy Physics,
Oho, Tsukuba, Ibaraki 305, Japan
Abstract:
Measurement of K+-» n *v v" with a sensitivity of 2x10-l0 is feasible at
the KEK K5 beam line by using the toroidal spectrometer under construction.
The proposed and the AGS #787 experiments are similar to each other in the
sensitivity and complimentary in the detector.
1. Introduction
The decay Kf-> it *v V is strongly suppressed in the first order weak
interaction (see Fig. la) by the GIM mechanism. The calculation of the
second order weak processes for the graphs of Figs, lb and lc in the stand
ard model (SM) for electro-weak interaction gives the branching ratio B(K+->
% *v V )/v -flavour=10-1l to 10-10[1] depending on the top quark mass of 30
to 70 GeV/c2.. Measurement of this decay with a sensitivity up to 10-9-10-10
level could give important information on the limit of the SM, the top quark
mass, mixing angles in the SM, existence of the 4-th generation quarks, etc.
The K*-* K *v v is a better place to study the above subjects than
K*-> n 'e*e-, K°L-» M *M "> etc. because of the absence of long range electro
magnetic effects, which prevent a precise comparison between experiment and
theory.
The same experiment may also give important information on K*-> • +
axion and K+-* n +X°X° for X°=Y » shiggs, etc. whose branching ratio has
been .calculated!!2] to be 10-"-10" 10 in various models.
d —
u—.— '
W"
w+
(c)
— V
Fig. 1 (a)l-st and (b)2-nd order weak interaction graphs.
— 42 —
Abstract:
Feasibility 8tudy for a K+→π+" v ID.."l到~rimentUsお唱 aToroida1 Spectrometer
P包saakiKOBAYA8HI， Jyun IMAlATO and 8hin時 ichiK.UROKAWA
KEK， Na七iooo1La.boratory for High Energy Physics， Oho， Tsuku'凶， lbaraki 305， Ja問 1
Measurement of K1-→ π+" V luth a se.lsitivity of 2xl0-10 is feasible at
the lGru{ K5 beam line by using the toroidal spectrometer under construction.
The proposed and the AGS #787 e. .... -periments are similar to each other in the
sensitivity and complirnentary in the detector.
1. Introduction
The decay K+→n ." 11 is strongly suppressed in the first order Heak
interaction (see Fig. la) by the GIM rnechanism. 百lecalcula七ionof the
second order weak processes for the graphs of Figs. lb and 1c in the stand-
ard rnodel (8M) for electro-weal{ interaction gives the bra.nching ratio B(K+~
π‘γγ)/γ-flavour=10・11to 10・10 [ 1] depending on the top quark rnass of 30
to 70 GeV /c 2.. Measurement of this decay "i七ha sensitivi七.yup to 10-9-10-1 D
level could give important inforrnation on the limit of the SM， the top quark rnass， rnixing angles in the SM， existence of the 4-th genera七ionquarks， etc. The K.~π • 11 V is a better place to study the abO¥"e subjects than
1¥+→ π+ete-， KロL→μeμetc.because of the absence of long range electro-
magnetic effects， l"hich pre¥'ent a precise comparison between experiment and
theorY.
The same experiment may a1so gi ¥'e important information on K +→ πi- + 圃I'¥T
axion and 1υ→π+xoxo for Xo:::γ ， shiggs， etc. whose branching ratio has been.calculated[2] to be 10・7-10・10in various models.
d w-ν ~~ -..，. Jν a ν :コl制 It-
ν ~ý' ¥U g ‘1-vvW1 ・Uw+
(a) ( b) (c】
Fig. 1 Ca)l-st 8l1d (b}2-nd order weali interaction graphs.
-42ー
一一一一一一一一一一一一一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一一一・】ゐ晶 子今、
2. Previous experiments, etc.
The present upper limit for BIK*-* it +v ~v ) is 1.4xl0~7 obtained by
Asano et al.[3] at the KEK 12GeV PS several years ago. In their setup (see
Fig. 2), a K* beam at 530 MeV/c was degraded and stopped in a scintillator
target. The JI 4 was measured with MWPC's, degraded in an iron degrader,
stopped in a range counter stack of plastic scintillator. The it -» u "*e
decay chain tvas recorded with a transient recorder to identify pions. Lead
glass detectors were placed beneath the beam line to veto y rays.
At present, an experiment ??787[4] at AGS(BNL) is measuring K1-*- K *V V"
with a sensitivity of 2xL0-10, three orders of magnitude higher than the
present limit. The detector is a straightforward extension of Asano et
al.[3] with the geometrical acceptance from 0.07 to 0.5. A solenoid mag
netic field was added to improve n /ja discrimination.
LEAD GLASS &RENXOV COUNTERS CI-G9
5 0 cm
— 43 —
2. Preyious experiments， etc. The present upper limit for B(l¥t→π+v V 1 is 1.4xl0・7 obtained by
Asano et al. [3] at the }¥E!( 12Ge¥" PS several years ago. In their se七up(see
Fig. 2)， a Kt beam at 530 l'le¥ic t.as degraded. and stopped in a scintillator
target. 'I'he π~ ，~as measured "，i th問、宅:>C's， degraded in an iron degrader， stop戸 din a rallge countE'r stack of plastic scintillator. The π→μ→e
decay chain t，-as recorded h'i th a tral1sient recorder to identify pions. Lead
glass det.ectors ，¥'ere p]uced benE'ath the beam .line to vctoγrays. At present， nn e:-.-periment存787[4]ut AGS(BNL) is measuring Ki→π+ l' V
，.:ith a s(>nsit i. \'it~- o t'・ 2~lO -10， t hrep. orders of magni tude higher than the
present 1 imi t. The detcct.or is 0. s tr叫 ghtforhurdextension of Asano et
a1. [3] Hith thc gf'ometrical acceptanr.e from O.Oi to 0.5. A solenoid mag-
netic field ，，'o.s added to improveπ/μdiscrimination.
l
，a A
Fig. 2 Delector of Asano
et al. [3] PC4
WO
PC3
A6
LEAO OLASS ~ERENK;)V COUNTERS 01-09
50 tm
Fig. 3 Detector of the AGS
#787 experiment(4].
-43-
3. Proposed experiment
The experimental setup is sketched in Fig. 4. The K+ beam at a momen
tum somewhere between 500 and 700 MeV/c is degraded in a carbon degrader and
stops in a scintillator target. The it + is momentum-analyzed with a super
conducting toroidal spectrometer[5] which is under construction by the
Tokyo-KEK group. The spectrometer has a solid angle acceptance of 0.10 x
4?c sr, and a good momentum resolution of 0.3% between 150 and 300 MeV/c.
The track is measured with four drift chambers W1-W4. The it * is degraded
in a degrader and stops in a range counter stack made of plastic
scintillator. The n -*• M -*• e decay chain is recorded as in [3,4]. Csl
detectors are used to veto y rays.
We assume (i) a data-taking time of 800h with the primary 12 GeV proton
intensity of 10l3 pps at the existing K3 beam line (or its equivalent) on
the production target, or equivalently with respect to the obtainable
statistics (ii) 2400h with IxlO12 pps at the K5 line under construction,
which is expected to be improved three times in the K+ intensity. As the
case (i) is severer-than (ii) with respect to the background, we assume (i)
in the followings. The rate of K* stop in Asano et al.[3] was 2x104 K+ stop
/1012 protons at the K3 line. According to [4], however, about 1/3 of the
700-800 MeV/c K+ beam can be made to stop in the target. This indicates
that as many as 1x10s K+ stop/1012 protons may be expected by increasing the
target size and reoptimizing the momentum. Therefore we assume 4x104 Kf
stop/1012 protons, a conservative figure between the above two, obtaining
total number of K* stop = 4x10= K* stop/s = 1.15xl012 K* stop/800h.
We have estimated the acceptance for the detection of K ^ n *v v" as
i'ol lows;
Acceptance for Kf-» it *V V = 4x10-3
^ 0.8 (K+ decay timing: 2.5-50 ns)
x 0.1 (geometrical acceptance for n *)
x 0.8 (reconstruction efficiency=0.95,
= M -> e decay: 0.1-8/*s, others=0.95)
x 0.2 (momentum cut for % +: 215-227 MeV'/c)
x 0.7 (TI->M decay: 6-100 ns)
x 0.45 ( n+ absorption).
From the total number of K+ stop and the acceptance, we obtain
sensitivity in B(K+-»> % *v V ) = 2x10* 10.
3. Proposed色、f戸 riment
The ex-perimen七alsetup is sketched in Fig. 4. 百leKt beam at a momen-
tum somewhere between 500 and 700 MeV/c is degraded in a carbon degrader and
stops in a scintillator target. The πt is momentum-analyzed wi th a s¥中er-
conducting toroidal spectrometerl51 "，hich is under cons七ruc七ionby the
Tokyo-KEK group. The spectrometer has a solid angle acceptance of 0.10 x
4πsr， and a good momentum resolution of 0.3% beb .. een 150 and 300 MeV/c.
The track is measured ldth four drift chambers W1-W4. The π・ is degraded
in a degrader and stops in a range counter stack made of plastic
scintilla.tor. Theπ →μ→e decay chain is recorded as in [3， 4] • CsI
detectors are used to veto γrays.
We assume (i) a da七a-takingtime of 800h with the primary 12 GeV proton
intensi七yof 1013 pps at the existing K3 beam line (or i七sequivalent) on
the production target， or equivalently lvith respect to the obtainable
statistics (ii) 2400h Nith 1x1012 pps at the K5 1ine under construction， which is e~中ected to be improved three times ill the Kt intensity. As the
case (i) is severer.than (ii) Hith 1'espect to廿lebackground， t.;re assume (i)
in the followings. The rate of Kt stop in Asano et al.[3] t氾 s2x10" Kt stop
/1012 protons a七 theK3 1ine. According七o[4]， hOHever， about 1/3 of the 700-800 NeV/c Kt beam can be made to stop in the target. This indicates
that as manyas 1x105 K. stop/l012 protons may be e."--pected by increasing the
target size and reoptimizing the momen七um. Therefore we assume 4x104 IP
stop/lO 1 2 pro七ons，a conservative figure bebveen七heabove七，wo，obtaining
total number of I¥ * s七op= 4x105 K+ s七op/s= 1.15，王1012 Kφstop/800h.
'¥'e have estimated the uccep七ancefo1' the detection of K*→πtll V as
f0110¥"s;
AC'ceptance for K.→π* v 'iア=4xl0・3
o . 8 (I{ t decay七iming:2.5-50 ns)
x 0.1 (geometrical acceptance for π+)
x 0.8 (reconstruction efficiency=O.95， =ィ μ ・~ e decay: O. 1-8μs， othe1's=O.95)
x 0.2 (momen七，tuncut fo1' π+: 215-227 MeV/c)
x 0.7π →μd目 ay:6-100 ns)
x 0.45 (π+ absorp七ion)•
From the total ntunber of Kt stop and the acceptance， hTe obtain
sensitivity in B(Kt-+oπφγ 亨) = 2x10・10.
-44-
Toroidal Spectrometer
Y- Veto, C,i
K+ S" M'/'c /?«»« - svf(cj
J Outer Ring
^Pole Piece
Fig. -1 A sketch of the detector for the proposed experiment.
11A田町11
R.伺I!~ ・ >U1(C'
Scall'
ー』
o 5∞ mm
Fig. .1λsl{etch of the detector for the proposed eλ下eriment.
momentum window
r IflTS)
Fig. 5
Momentum distribution for
pions from K+-* it *v ~v and
background modes. The
momentum window (215-227
MeV/c) for the proposed
experiment is also
indicated.
100 ISO MOMENTUM H l V / l
In the proposed experiment it 4 with the momentum(p) only between 215
and 227 MeV/c is accepted to facilitate the rejection of Kf-»7T yK°Ku
momentum being 205 MeV/c) (see Fig. 5). The amount of background events
from the total of 1.15 x 1012 stopping K* has been estimated as follows;
channel bgd events notes
K+^// *v < 0.01 events; B(0.635), p cutdO" 5), p-range cut(10-5),
n -» u decay (5x10 - 4)
K->-+M<yy < o.l // ; B(0.0054), p-cut(0.2), p-range cut(10-5),
7t-> M decay(5xl0-4), y veto(0.2),
K+->3T+^° < 0.2 // ; B(0.212), p cut(5xl0"7),
p-range c u t ( 0 . 0 5 ) , y y veto(O.OOl),
K+-*7C4e+e- < 0.03 " ; B(2 .7x l0" 7 ) , p c u t ( 0 . 3 ) , e + e - v e t o ( 1 0 - s ) ,
K*+7t°M'v < 0.001 // ; B(0.032), p c u t ( 0 . 0 1 ) ,
p-range cut( 1 0 - 5 ) , K -*• M decay(5xl0" 4 ) ,
Y7 veto(O.Ol) ,
K+-*7C*YY < 0 . 6 // ; B(<10-* assumed), p c u t ( 0 . 2 ) ,
y y veto(O.Ol) .
— 46 —
momentum vindm.:
I..~.""""""" I.oUl
M回--MKH司AM且
ZIO
Fig. 5
Momentum distribution for
pions from K+→π+v亨 and
background modes. The
momentum l，-indolV (215-22i
MeV/c) for the proposed
e).'teriment is also
indicated.
工nthe proposed experiment π‘，dth the momentum(p) only bett.:een 215
and 22i MeV/c is accepted to facilita七ethe rejection of K.-争 π+π 。{πmomentum being 205 MeV/c) (see Fig. 5). The amount of bacltground events
from thc total of 1.15 x 1012 stopping Kt has been estimated as follows;
channel bgd e¥'ents
I¥t→μφγ < 0.01 events;
Kt→μty y < 0.1 1/
K+→7t +π 。 く 0.2 /1
Kφ→πte+e- く 0.03 ん'
Kt→7t 0 μty < 0.001 11
Kt→π'γy < 0.6 I!
notes
B(0.635)， P cut(10・5)，p-range cut(10・5)t
π→μdecay(5又10・4)
B(0.0054)， p-cut(0.2)， p-range cut(10・5)， π→μdecay(5x10・4)， y veto ( 0 • 2 ) ，
B(0.212)， P cut(5x10・7)， p-range cut(0.05)，γy veto ( 0.001 ) ，
B(2.7xl0-7)， P cu七(0.3)，ete-ve七o(10・5)， B(0.032)， p cu七(0.01)， p-range cut(10・5)，π→μdecay(5xl0・4)， γγveto(O.Ol) ， B( <10・唖 assumed)，p cut(O.2)， γy veto(O.Ol).
-46ー
In the above, some of the important rejection factors are also given in the
notes.
We compare the proposed1 experiment with [3,4] in the following table.
The proposed experiment has a good momentum resolution and modest Y veto,
while the AGS #787 experiment has a modest momentum resolution and poten
tially good y veto.. As the rejection of background events,is the most cru
cial part of. experiments, the,.detectors with such complimentary characteris
tics as described above indicate that .the proposed experiment is worth doing
even when the sensitivity is of a similar level. We could further improve
the y,.veto*by more than an i.order of, magnitude by. covering the pole face
with appropriate.,y .detectors(BGO crystals,.Pb-scintillator sandwitches,
etc.) with;athikness as-.large as 2cm. This can be done, even without reduc
ing the acceptance by enlarging the present gap of 20 cm to 24, cm. This may
be feasible because the present toroid is designed to analyse up to 300
MeV/c while the maximum, momentum to' be~ analyzed is 236 MeV/c.
* *'
•Asano et al.[3] AGS #787[4] Proposed expt.
• K+.-stop/sv .• . .<UxlO<. •., .. .-1.2x105 ; . 4xl05(or 1.3xl05)
.: Data taking (net) .200^ 800h. 800h (or,2400h),
sensitivity.,, , < • 1.4x10,-'.; - ,, , .. 2x10".»°; t . 2xl0"1(>
:. Total acceptance .1.2x10-.3 : ,, 1.5xl0-,2 .,. 4x10-3
AQ/47t<^' -,-i .-. .0.07,,,.. '• . -, • 0.5 .. . 0.1 .
Ap/p - 2% .0.3%
y /inefficiency -•_ . ... 0.05 0.1
:\" ' Finally we are grateful..to Professor K; Nakai for his suggestion which
stimulated, us to carry out. the present, study. . ,
[1] F.J. Gilman and J.S. Hagelin, Phys. Lett. B133(1983)443.
.: [2]/:,J. Ellis andJ.S..;Hagelin,.Nucl..Phys.,B217(1983)189. ,,
[3] r.Y. .Asano et. al.,.Phys.\Lett. B107( 1981) 159. . . .
>[4] "I-H. Chiang-et ar..,;AGSjpropo3al-#787,(1983);: the status report(l985).
[5],\ J.- Imazato,' "A- superconducting toroidal spectrometer", Institute for
Nuclear Study Report.JNS-IM-3,- p. 124(in Japanese); ,
— 47 —
In the above， some of the importan七 rej~tion f.釦七orsare a1so given in由e
notes.
We com:開rethe proposed'回qle~iment with [3，4] in the following ta.ble.
The proposed ex戸 rimenthas a goαi momlIDtum reso1ution and. modestγveto， whi.le吐碍'AI岱 #787.ぽ perimen七 hasa m吋 estmαnentum reso1ution and.pot句ー
tia1ly good .r. veto.， As廿lerej回はonof backg~ound， ，events {~.~ the lJlost cI'U-
cial戸 rも、of.e.x:戸:r泊目立s，the， .det，ectors wi th such comp1imentary chal:-ωteria-
tics as descri恥 d.a:加，veir叫1叩 .te世田七対lepropcu;ed回cperimentis wol:'tT doing
. eVI目 1when the sensi ti vi ty is of a simi1ar 1eve1. We cou1d further improve
the y.'vetoゐ'y'more' than an:、order.of， magnitude by. covering the pole face
wi出 appropriateυγ ‘detectors(B∞crysta1s，屯 Pb-scintil1ator.saJ叫wi七ches，
etc.). wi七h~a.thilmess 回，largeas.2α日・ ‘官lis~. be done. even wi thout reduc-
ing the acceptance' by en1arging ，the，' presen七gapof 20 cm to 24， cm. This may
be feasible because .the presen七七oroid，is designed to出 lalyseup to ，300
MeV/c while七hemaximtun. moment¥皿、 tO'Qe'analyzedis 236 MeV/c.
t
'Asano e七 al.L3]. AGS .#787 [ 4] Pq)poseq.匂pt.
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー四ーーーーーーーーーーーーー一ーーーーーーーーーーー、、 、・-
r .dnefficiency
，刷1.2xl05
800h舟
2xl0・10.
1.5x10・2
0.5
2%
0.05. .
4x105(or 1.3xl05)
800h (or. 2400h) ，
2..'¥:10・10
4x10・3
h い K+!.s七op/s;" 、e¥ ・<¥1x104.、L
.: Data taking . (net) ， 200h.J ..
sensitivity.，. ， ， • 1.4xl0ァ7.; "
.Total acceptance .1.2x10ぺ.
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0.1
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ペユ・ 9 ん.・ も‘ t・ι ・
・Final1ywe are.grateful:人to.ProfessorK~ Nakai for his suggestion which
stimulated. us to' carry ou七;thepresen七 ~tudy，.
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[ 1] F. J. Gi1man and J. S. Hagelin， Phys. Le七七. B133(1983)443.
: [21，-':.J. 'Ellis and.J.S，.:Hagelin，.Nuc1:・Phys.，:B217(1983 )189. ;，
.[3]' ;"y・:Asanoet: a1. '-' Phys.、.~'Lett. B107 (1981.) 159. .
1[4] 'I-H.'.Chi田正et'al'.:，!.AGS) proposal"帯78引，1983);;the s七atus~eport(1985) ・
[5] '，¥ J.' lmaza七oi!?必 superconducti国土oroi也1 ， s戸C七ro~et.er:~ ， Institute. for
Nuclear'Study R定port"INS-IM-3，.p.124(in Jap町~ese) ~ .
-47-
A comment on stopping antiproton experiments at KEK
Masaaki KOBAYASHI (KEK)
In these several years, we have studied[l] the existence of baryonia
below the NN threshold, including "NN nuclear bound states, by searching
monochromatic y rays or % °'s in pp annihilation at rest. The baryonia
have not yet been detected with the upper limit of 10-4 to 10-3 (95% CL)
[1-3] per annihilation depending on the baryonium mass, MB, as far as the MB
is larger than 100 MeV/c2. There remain two subjects to be experimentally
explored in this field. The first is the search for baryonia close to the
threshold as the present upper limit is more than an order of magnitude
poorer[4] for MB below 100MeV/c2 than above it. The second is to improve
the sensitivity of the search for baryonia over the whole mass range by an
order of magnitude because a theory[5] based on a quark potential model for
baryonium production predicts yields of ~ 10-4.
The KEK PS is one of the best places to do experiments on the above
subjects.. As precision y detectors of large acceptance, hopefully as large
as 47C sr, is needed, the "p intensity of order 104/s seems the maximum that
can be well used from the speed of y ray measurement. More than that, the
data-taking speed frequently limits the experiments to less than 103 p"/s
rather than the beam intensity, because it is not easy in the above type of
experiments to reduce triggers by orders of magnitudes by using fast event
selection techniques,
LEAR is more fruitfully used for the other type of experiments, where the
event signature should be so clear that the trigger rate could be sig
nificantly reduced. We should point out that the KEK PS is superior to the
LEAR in that n - as well as e- beam can be used at the same beam line of 'p;
the n - and the e- beams are very important to repeat calibration of y
detectors, whose stability is of vital importance to the success of the
experiments.
Besides the experiments mentioned above, there are still other subjects
whose experimental study could be done at the KEK PS most well or as well as
at the LEAR, because of the similar reason as described above. One of them
is the study of pp annihilation into neutral mesons[6] including n °, v »
and v ' all decaying to y y . Another is the search of Jpc=l-+ exotic
— 48—
A comment on stopping antiproton a~riments at KEK
Ma.saaki KOBAYASHI (KEK)
In these several years， lve have studied[ 1] the existence of凶 ryonia
below the耐 threshold，including NN nucleぽ boundstates， by searching mon∞hrol胞はcr rays orπ 。'sin pt町Ulihilationat rest. 百le国 ryonia
have no七 yetbeen detected l-li th廿le¥早perlimit of 10・4 to 10・3 (95% CL)
[1-3] per田mihilationde戸 ndingon the baryonium mass， MB，出 f町田 the:1B
is larger than 100 MeV/c 2 • There r剖盟主intl，rO subj田 tsto be ex戸 rimentally
explored in七hisfield. 官lefirs七 isthe search for baryonia close to the
threshold as油epresent upper limit is more廿1811an order of ma.gni tude
poorer[4] for MB below 100t-feV/c2 廿1811above i t. 賢官 secondi9 to improve
廿lesensitivity of廿lesearch for baryonia over the whole mass range by an
order of magnitude because a theory[5] based on a quark potential model for
baryoniwn production predicts yields of -10・4
百1eKEK PS is one of the best places to do experiments on the above
subjects.. As precision γ de七回torsof large acceptance， hopefully as large
腿 47C sr， is need.ed.， the予intensityof order 104/s seems七helIla..'I{imum that
C町 1be 'vell used from the speed. of γray measurement. More than that， the
data-taking speed. frequently 1imits the e~~riments to less七han103 p/s
rather th811 the beam intensi ty， because i t is not easy in the above type of
e~~riments to red.uce triggers by orders of magnitudes by USil~ fast event
selection techniques.
LEAR is more frui tf~.üly used for the other type of experiments， where the event signature should be 90 clear七ha七 thetrigger rate could be sig-
nificantly reducerl. We should point out thatせ1e~但( PS is superior to the
LEAR in thatπ ーa.'5，.ell as e -beam can be used a七社lesame beam line of p;
the π-and the e-beams are very important to repeat ca1ibraはonofγ
deteclors， ，，，hose s七ability i9 of ¥'i七allinportance to the success of the
experiments.
Besides the experimen七smentioned abcコve，there are sti1l other subjects
，，，hose ex-perimental study could be done a七 theKEK PS most l-lell or as well as
at the LEAR， because of the similar reason as described above. 白leof廿lem
is廿lest~y of pp anJ1ihilation into neutral mesons[6] inc1叫 ingπ 。J 7J I
and 7J I al.l decaying to γγ Another is the search of JPC=l・+exotic
-48ー
mesons in pp-* rj it °7i °, ij n *n ~[7].
We hope that the present K4 beam (500 p per 10*2 protons at 580 MeV/c
with 7C ~ju -e-/p~~8t see [8] ) should be maintained for experiments in a near
future. It should be desired that the new experimental hall has a room
downstream of the scheduled K5 line for moving the K4 beam there from the
present hall, whenever more than a few times increase in the p beam inten
sity should be required by the experiments.
[1] M. Chiba et al., Phys. Lett. B177(1986)217.
M. Chiba et al., to be published in Phys. Rev. D.
M. Chiba et al., in submission to Phys. Lett. B.
[2] For the search for monochromatic y -ray peaks at LEAR, see,
A. Angelopoulos et al., Phys. Lett. B178(1986)441.
L. Adiels et al., Phys. Lett. B182(1986)405.
[3] For the search for monochromatic n * peaks at LEAR, see,
ASTERIX Collaboration S. Ahmad et al., Phys. Lett. B152(1985)135.
A. Angelopoulos et al., Phys. Lett. B159(1985)210.
[4] For the search for monochromatic neutron peaks in pd annihilation at
rest, see,
C. Amsler et al., Phys. Rev. Lett. 44(1980)853.
M. Chiba et al., in preparation for publication.
[5] J. P. Ader et al., Phys. Lett. B101(1981)427.
[6] M. Kobayashi et al., to appear in the Proceedings of the 4-th LEAR
Workshop, Villars-sur-Ollon 1987.
L. Tauscher et al., ibid.
[7] M. Kobayashi and H. Yoshida, "Investigation of Jpc=l-+ Hybrid Mesons
in pp Annihilation at Rest" Proceedings of the Meeting on Hadron
Spectroscopy, KEK 1985, KEK-85-14, 1986, p69, and the references cited
therein.
[8] M. Takasaki et al., Nucl. Instr. Meth. A242(1986)201.
— 49 —
meso悶 inpp-+勿 π。π0，ηπ 切・[7]•
We hope世田t世田 presentK4 beam (500予per1012 proto阻此 580MeV/c
withπ -JJ. -e -/p-8， see [8] ) should be maintained for experimen七sin a near
future. It should be desired凶 atthe new ex-perIJnental hall has a room
downstre国 nof七hescheduled K5 line for moving the K4 beam there from七he
present hall， whenever more than a few times increase in the pbeam inten-
sity should be required by the白qJeriments.
[1] M. Chiba e七al.， Phys. Le七七.B177(1986)217.
M. Chiba. et al.， to be published in Phys. Rev. D.
r-l. Chiba et al. J in su1:xnission to Phys. Lett. B.
[2] For the search for monochroma七icγ-raype叫tSat LEAR， see， A. Angelopoulos et al.， Phys. Lett. B178(1986)441.
L. Adiels et al.， Phys. Lett. B182(1986)405. [3] For the search for mon∞hroma七icπ+peaks at LEAR， see，
AS官官R工XCollaboration S. Ahmad et al.， Phys. u三七七.B152(1985)135.
A. Angelopoulos et al.， Phys. Lett. B159(1985)210. [ 4 ] For the search for monochromatic neutron peaks in ji:i annihilation a七
rest， see， C.お回lere七al.，Phys. Rev. Lett. 44(1980)853.
M.αd ea et al.， in prepa.ra七ionfor publication.
[5] J. P. Ader et al.， Phys. Lett. B101(1981)427. [6] M. Kobayashi et al.， to ap戸 arin the Proceedings of the 4-th LEAR
Workshop， Villars-surベ)llon1987.
L. Tauscher et al.， ibid. [7] M. Kobayashi and H. Yoshida， "Investigation of JPc=1・+Hybrid Mesons
in pp Annihilation at Rest" Proceedings of廿leMeeting on H凶ron
S戸 ctroscopy，1但{1985， KEK-85-14， 1986， p69， and the references cited
therein.
[8] M. T.叫tasakiet al.， Nucl. Instr. Meth. A242(1986)201.
-49ー
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— 50 —
るト品応反
i
s e u c p -Nu 高エネルギー
matterの 状
matterの相図
n
hadronic
o
実験の目的
核物理に於ける興味ある問題の一つに、
態方程式を調べることがある。 理論的にはhadr‘onic
a t
喜久雄
n t agme
木 村
r f
九 大 理
t Mu
として Fig . 1のようなものが予想されているが、
れに対する明白な解答はいまだ 得 ら れ て い な い 。 との相図の中で最
も 関心がもたれているのは、高温または高密度で起きると考えられる
plasmaへの相転移についてであるが、これに関しては現
在 BNLとCERNにおいて高エネルギー重イオン反応を用いた実験が行わ
近いうちに何らかの答えが得られるものと期待されている。
通 常 の 核 物 質 よ りも低い密度〈 ρ 〈 ρ 〉で、さらに温度 T。が 20MeV程度の所では liquid-gas的な相転移が起きると考えられ
実験のほうからは乙
quark-gluon
れて.おり、
一方、
との現象ている。200
Perdue については、日uark-Gluロn
Plasma のgroupがFermilab
に於て行った
Hadron
Gas
【
〉
田
E
}
い
jet gas
targetによる
internal
100
p+Kr，Xe反応から
。。
fragment
yieldの 測 定
[ 1 ]が、大きな刺
激をもたらした。
この実験で得られ
のheavy
のmass
5
の相図
ρ/ρ 日
matter hadronic
-50ー
F ig. 1
は
エネルギー
Y yield たmaS5
proton
#«80&» &350GeV£>^*fiH;:& Tfragment mass A f t C f c f b T ( A f ^ 3 0 J ^ T
affix) YooA^2,64cDm^flc#tt*^^ * tf>-e&o fc. $£t4£<o Sff i{K#t t*<iB5?c7)atomic '&:%fKlC J f ^ T s { £ # / £ £ > * £ < "<7ff*$3f t
& $ ^ < ? ) ® f i # # K S a 6 T J f f i V > i i : & J g } 8 L T ^ & o * £ • ? ? * i§ x
* ;P ¥ - P - N u c l e u s & £ T 14 #J 0 ® £ 0 & K B $ ft 2> 3£ & M tf> H& jg
x * w i / * - t 4 & £ t ) i § < & < * 1 @ ^ < o & T # ? i 5 t f i f c : ? T b £ d i i u t £ M izte¥i? o U i ^ ^ ^ l ^ ^ l & *> it to i§ f3J M & £ ft *>< fc >J . € ft £ <fc U ^ M ? ^ ; * ? — a<fl2J$ $ ft mult ifragmen t a t i o n t b T IS iM $
ft-c^sco-efc^ofc^S-fco *i *MC £ <D & & ft *52 <o ?£ -e t4. n u c l e a r fragment CD M J£ 14 > i ^ C t O V a n der Waals # W * tt ® t
m & ^ x . mm <D mifc t m m % mm & * ? t % *. & on* &'% iz t> ^> k. & £> b < JS.X. S o £ <D tztib ^ m u l t i f r a g m e n t a t i o n & l i q u i d - g a s f f l
m&izmm^v XUWL & ? t ? &m%ito%m3ztf& < <DAIZ& -ox % $ n fc c 2 ] , b a> b - # t -« , « « £ * # * * v>-eRi5i-r*K # * > » £ < fcfcftt* C 3 ] o * J I £ * - e O ) » f . l i f c L T n u l t i -
f r a g m e n t a t i o n # * @ > & ^ t BS 1% ¥ <fc & CD *> t* 3 *» tC o V T 14 <. £ tz W
t i ^ t % p - N u c l e u s M i & O X * ; U ^ - f l c 3 f 1 £ £ U 3 ^ tzm&fr
?> &. E =5Gevtti&£mizi xfcmmmiz&itvm* XK* &<7)xte% p
\-> if* t \-> b ft X V-> h o € £ > — O t4 , heavy r e s i d u e (73 ft jg # ^ "t? &
& C4] o n&mmxiiiijj t'&yj<D&m&&mb x& z t . 5Gev& T <7) x * )l * - X 14 m ~H <0 13 tf ± % l> (D \Z ii b X €• ft .J: D i§ x # ;!• * - -e wt * m iz ®jj v ± z < % & t \> ? % it # & t> n & * i f t t e ® & & ^ c o & i * M f £ ? r # A I : t x * / i , ^ - # ; S < * & f c ^ f c * * < * S t ^ d £ £ £ ^ b T l > S & c r > i : I l ; b f t M & V ^ 3 | - e & £ o £ 6 1;:. x * A,* —7**9 h ; n : ^ 1 t * < * i i i x n ^ , £ # 5Ge v & ± -e 14 m &
p
&Maxve l l -Bol tzmanM * I; t V» S © C jy b t , ^ ft & T CO X # ;W 3" -
-e teMaxwell-BoltzmanM h G a u s s M fc & £• fi£ b fc J; "5 & # :fr # ?# 6 ft
f H [ 5 ] , £ ft 14 *J *J£2MC4Ht-Ciiocr>||*-?*;MJ5t;&flsa< S f t L t ^ 6 f e f t 1 ! * D , flu ^ 14 & •€• & < m u l t i f ragmenta t ion \Z ft Jfc
b > * & # t 4 f i s s i o n W & ZfaMmiZk&bWX&Zo i: 8? S? £ ft T V
& .
£ CD J: -5 ICJtJX % ;p3f—p-NucleusJJxJtS*1 ' 6 CD heavy fragment
CO iSH ^ 14 . m tC & $J ft CO re sponse C O l> T *D S /£ It T? * < > PI \% iZ m
— 51 —
が80から 350GeVの領域に於て fragment mass A に対して (A"，が30以下f .-.--- . --f -2.64
の所で)y∞Af の様 な依存性を示すものであった. 彼らは この
質量依存性が通常のatomicな物質において、臨界点の近くで形成され
る液滴の質量分布に極めて近いことを指摘している。 そこで、高エ
ネルギーp-Nucleus反応では最初の衝突の後に残される残留核の励起
エ ネルギーはあまり高くなく、個々の核子が飛び散ヮてしまう前に更
に核子どうしの街突が引き続き起きるだけの時間的な余裕があり、ぞ
れに より 多重 クラ スターが形成されmultifragmentationとして観測さ
れているのであろうと考えた。 確かにこの様な吠況の元では、
nuclear fragment の形成は、核力のもつVan der Waals力的な性質と
相まって、液滴の凝縮 と同様な振舞いを示すと考えるのは非常にもっ
ともらしく思える。 このため、 multifragmentationをliquid-gas相
転移に関連づけて説明 しようとする理論的な研究が多くの人によって
なされた[2 ]。 しかし一方では、相転移を考えないで説明する試
みも数多くなされてる[3 ]。 現在までの所、はたして multト
fragmentationが 相 転 移と関係があるのかどうかについては、まだ明
白になってはいない.
ところで、 p-Nucleus反応のエネルギ}依存性を調べた実験か
らは、 E =5GeV付近を墳にして反応機構に変化が起きているのではなP
いかといわれている。 その一つは、 heavy residueの角度分布であ
る[4 ]。 実験室系で前方と後方の強度を比較してみると、 5GeV以
下のエネルギーでは前方の方が大きいのに対してそれより高いエネル
ギーでは、逆に後方が大きくなるという変化がみられる。 これは残
留核への運動量移行が 入射エネルギーが高くなると殆どなくなるとい
うことを示しているものと思われ面白い事実である。 さらに、エネ
ルギースベクトルにも 変化がみられている o E が5GeV以上では単純P
なMaxwell-Boltzman型をしているのに対して、それ以下のエネルギ ー
ではMaxwell-Boltzman型と Gauss型とを合成したような分布が得られ
ている[5 ]。 これは.おおまかに分けてニつの異なった反応機構が
混在しているためであり、前者はおそらく multifragmentationに対応
し、後者は fission的な 2体崩壊によるものであろうと解釈されてい
る。
このように高エネルギ -p-Nucleus反応からの heavy fragment
の測定は、単に核物質の responseについて知るだけでなく守同時に高
-51ー
吟 一一一一一】一巴一一一一一一一一←一一一v一一一今一一M一一一一一一一一一}一一肉一一一一一一一一一一一問一一叩一-一一一…町v 一一一一一同一e
Z. tl& X 0) t £ 3 > ^ i & ^ f H I i g & j I b T m u l t i f r a g m e n t a t i o n & l S * .
& 3S S* 14 & if t f b tl X l> * V> (D X . i O T ^ f « l T ' < D ^ ^ * f f a 2 t H
X. T <fr fc o
2 . £tgfc#& mult i f ragnienta t ionC7)®ff l& J £ x £ £ 14 > ; £ < E > # f t ± 4 7 t # T >
^ - * < g i l l t l ^ . i $ l £ * | g £ £ : ' & : S f £ : P t 4 * £ J £ t C b - C 1 0 fr
^ O M e V f f i i t ' f t J ^ ^ ^ OT x * ;P 3" - t4 1 O O M e V P J T O )
6<?) &<»&/,£"<?&&• ? z X Z Z> iz , z & 3 iX±o)n=? izmfe-? ftl4*. J t ^ W l o w p r e s s u r e W g a s c o u n t e r X % V> X * )V * — & M ^ f
h z t a* oj fig tc * &» i O T i a ^ s w - e ^ ^ f ^ T t ^ ^ y ^ - w i I I * F i g . 2 - a l C ^ b feo Fig.2-bt4beam;fr 1*0 ^ *~> <fr fc Sf ® ® "C fc S
l&ff: 14-lifc 2. R S i O ^ M ^ "£ & £ . i 0) fctf> minimum i o n i z i n g
p a r t i c l e \Zti b "C 14 l i 4: ^ if i n s e n s i t i v e £ V> *. 6 „
r e s i s t i v e !
anode
B + H V
beam
- t > — G t t
c • O — P
>—
F i g . 2 - a HffiM'mM® it <fc 6 4 n-fi >J > * - (0 fll ig.E
— 52 —
励起状態での核物質の相そのものをも調べることにつながっていく。
こ れまでのところ、多粒子相聞を通じてmultifragmentationを捉え
る実験は殆ど行われていないので、この方向での実験を行うととを考
えてみた。
2 . 実験方法
multifragmentationの様相を捉えるには、その性質上 4π カウ
ンターが最も過している。 湖定対象となる粒子は温度にして 10か
ら 20M eV相当であるから、そのエネルギーは 1 0 0 M e V以下の
ものがほとんどである。 そこでさらに、 Zが 3以上の桂子に限定す
れば、比較的10'11 pressureのgascounterでそのエネルギーを測定す
るととが可能になる。 このよ うな目的で考えた 4π カウンターの側
面図を Fig.2-aに示した。 Fig.2-bはbeam方 向 か ら み た 断 面 図 で あ る 。
動作は単な る 円 筒 型 の 電 離 箱である。 ζ のため minimum ionizing
particleに対してはほとんど insensitiveといえる.
A
lA +HV
y;;ii P
…-ふ
、thin
dividinc foil
resister -・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・.......................一・…・………・…・……・…・…………
t c
Fig.2-a 円筒型電離箱に よる 4π ーカウンターの側面.図
-52ー
♂
F i g . 2 - b beam^Fnl *» £ ft tz 4 n -il »> > •J' - (7) Wf ffi M
£ <D # *? V ? - t? Wtgast*3 IClfc T heavy- iontf) IS < Bragg-curve (dE/dx-
cur ve) & IB A: & £ £ £ J; t) & ^ CD JM ^ # # Z £ 13 8'J "C £ £ *S IfC' * < >
(X<DJ; o #&<*>•£ fc'&o beam # fa K — ( ^ T c W ^ f f i i n ; * ^ ^ te anode
m @ ( D j ^ ^ A , B ^ & tf)tU2>& F ^ , 7 g t t ^ f c s V +V\ZJ:-oX
S i ^ ^ X * ;i, * - * « * § £ *l & **, |5jB#lC V / ( F ^ + V ) ^ £ Bragg
- cu rve <D M * & & £>beam jfr |nj J& # x *< 5R & S [ 6 ] o — ^ d o u b l e c
g r i d © -5 *> f- UM £>grid G *> £ ?# £ t l & pu l se 0) time s t r u c t u r e <£> M
>b t ^ j R f e ^ i : , ^ T c O g a s t f t fl) d r i f t v e l o c i t y v & f f l ^ T v /
t A* 6 Bare-curve © M * & & £ ©bean IC ft b T S i t ^ |nl <7) fig y *« 5fc c c
££«> £ 0 ) t i i u e s t r u c t u r e d H ^ & C l i * f l a s h - A D C X tewave
form d i g i t i z e r * J8 V> £ « ) * < £ 3 •£& &.' time zero 0) $/ 7" -f )l \Z
pick up g r id P fr & OTpulse 0) l ead ing edge IC J: o X & & £ i: A* "C
£ & „ X , y && £ & i: t a r g e t i> & Bragg-curve (7) M >l> £ T' <7) SB
« # ( x2 + y2} 1 / 2 I C J; o T3& * S *< s Bragg-curve W M /& t X * /W
^ ~ < 7 ) H g ^ W r a n g e d X * * * - <7) B8 tfc fc |IIJ 8K & ^ (7) H *M . # IC JSC
particle grid
t raJ e c t 0 r y
Fig.2-b beam方向からみた 4π ーカウンターの断面図
との カウ ンタ ーで はgas中に於て heavy-ionの描く Bragg-curve(dE/dx-
curve)を 調 べ る こ と により濫子の原子番号 Zを識別できるだけでなく、
同時にエネルギーや放出角度をも求めることができる。 その原理は
次のようなものである。 beam方向に一次元的な挺抗を持った anode
電極の両端 A，Bからの出力を vf vBとすると、 trA+VBによって
粒子のエネルギ}が得られるが、同時に V• / ( V .. + lr~) から BraggA" ，. A. . B
-curveの重心座標のbeam方 向 成 分 x が求まる[6 ]。 一方doublec
gridのうち外側の grid Gから得られる pulseのtimestructureの重
心 t を 求め ると 、電子のgas中での drift velocity vを用いて v/c
t から Barg-curveの重心座標のbeamに対して垂直方向の成分 YCが求c
まる。 この time structureを調べるには、 flash-A D C文はwave
form digitizerを用いるのが適当であるー time zeroのシグナルは
. pick up grid Pからのpulseのleading edgeに よ っ て 得 る こ とがで
きる。 .X Y が決まると targetから Bragg-curveの重心まで の 距2 C 2， Ct/2
騒が(x'" + y~) によって求まるが、 8ragg-curveの重心とヱネルc c
~-の関係 tj ra n g eとエネルギーの関係と同様、起子の種類、特に原
子番号 Z、に依存しているためこれを用いて粧子識別を行うことがで
-53-
一一一一--------一一一ー
- 1 C s & ^ CD Jfc £ti ft ]£ 6 l i s tan (y / x ) C J;
c c %h [ 6 ] .
6 « & S * * * > & * < * £ ft t 4F ig .2 -bU: >F b te «fc o t C a n o d e & t / g r i d ^ g *
0 ^ r & l l C ^ S ' J - r S i t U : « f c o T n J f i g - e & S . heavy fragment CD
m u l t i p l i c i t y 14 ^ ft t i £*i^ < # V CD 1? * 2 0 i@ fg& C ft 8>J b T & tt 14"
+ # fi J: H b ft 2> » 2 h C J : o r ^ | i a © « | ! B 4 * * i : t f t « T S 6
# »> V ^ - f f l g a s J E t i g r i d ^ r t S i ! ! * lmCDchaniber&#;tfcJi§-&;fe<fc ;£
2 0 0 t o r r £ f t l 4 ' J : V * . g a s t b T P - 1 0 g a s * % A 6 fc . M=F<D
d r i f t v e l o c i t y ft<fi?nfl ( 5 c m / j u s e c ) * ) * 0 J: o ^ l i * S f t $ *
S t C W . g r i d f E t t 3 0 0 0 V g U ! * S t * « .
£ © £ » £ j & T & K f c b e a n t D & t t t t t t f l ) J : d * * > 0 ) t ? * 6 .
1 ) beam spot CD s i z e * T* & & fc* tt <h $ < + £> „ gfcmmftil^
£ ft 14 t a r g e t ^ (oBragg -cu rve<7)£v f r<D{uS&^0)&l l£ t&IE5S
ICiti-T & ^ # * 6 *>-6 T' & & . beam s i z e * /J\ $ < "T 6 ft *>
>J C t a r g e t s i z e & ' h S < t * £ i: C Jt o t 8 * 1 4 £ k 4 i " !*
-e fc s <, 2 ) low energyCDheavy ion # ffl ^ fcf jg* ~£ & & fz ft t a r g e t O) W- £ 14
# 15 fc U < * It ft WT £ 6 *r l» . » J: € 100 u g/cm2 .
XtargetCDfiu^tUtbeami: gas<Dffl5ftffi 4 §fp it 6 fc Jb 31 ffi fc *
& * ^ *>< & & «
3 ) heavy f ragment £ ft CD ®f ® 18 14 ± R ffi Br M W. IZ T& I* * % * fi &
f # 0 fr &beam i n t e n s i t y 14 fc i »J & m t b fc I* . ± fc & < fc
J? $ CD t a r g e t & M V» fc *g £ 1 pu lse ^ >J 1 0 fl S £ CD event * f#
SO) fcifrfgfcbeam®^ t4& J; £ 1 0 8 p P P «e & & o l i b . £ f t
l i t tminft COttfiart 'efl)beainBlJK-e*. 6 ^ 6 % beam ?izeft<^efe
l> •£. J~ C 14 * CD ® m \Z it m b T 8 f i ^ beam * * & » * : * 6
— 54 —
きる[6 ] 更に、粒子の放出角度 θは、 tan1〈y /X〉によc c
って求ま る .
多重桂子が発生した場合は、個々の艶子に対して上の量を求め
る必要が あ る が 、 そ れ はFig.2-bに示したように anode及びgrid電極を
φ方向 に 分 割 す る こ と に よって可能である o heavy fragmentの
multiplicityはそれほど高くないので、 20個程度に分割しておけば
十分だと思われる。 これによって φ方向の相関もみることができる .
カウンターの gas圧はgridの内径が 1mのchamberを考えた場合およそ
2 0 0 torrあればよい o gasとして P-l0 gasを考えると、電子の
drift velocityが飽和値 (5cmノμsec) を 持 つ よ う な 電 場 を 発 生 さ せ
るには、 grid電圧 tet3 0 0 0 V程度必要である。
3. 実験条件
乙の実験に於て必要な beamの条件以次のようなものである。
1 ) beam spotのsi2eをできるだけ小さくする。 数 mm角程度
とれは targetから Bragg-curveの重心の位置までの距識を正確
に出す必要があるからである o beam si2eを小さくする代わ
りに target 5i29を小さくすることによって逃れるととも可能
である。
2 ) low energyのheavy ionが測定対象であるため targetの厚さは
非常に薄くなければならない. およそ 100μgJc1112.
文targetの前後はbeamとgasの相互作用を抑えるため真空にす
る必要がある。
3 ) heavy fragment生成の断面積は全反応断面積に近い大きな値を
持つから beam intensityはあまり必要としない. 上 に 述 べ た
厚 さ の targetを用いた場合 1pulse 当り 10個程度の eventを得8
るのに必要なbeam強 度はおよそ 10-ppp である. 但し、 ζ れ
は数mm角の範囲内でのbeam強度であるから、 beam 写 izeが大き
い場合にはその商積に 比 例 し て 強 い beamが必要となる。
-54ー
R e f e r e n c e
[ 1 ] J . E . F i n n e t a l . , P h y s . R e v . L e t t . 49 ( 1 9 8 2 ) 1321
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583
-55-
一一一一一一一一一一一一一一一一白.
x ? Jb i* 3 > • ji V y 9 - fc •& g£ ifc TE 1 7 6 J © x -? ;i, i/ 3 > J£ ffij
< # ) E 1 7 B t t K " ' A g B r —> K + Z-%j}yy?-~U9yirb~-%JL^)l
x -? ;P * 3 > • : & 9 > * - £ £ £ B « i S x * ; i , ¥ - i a : P * & - 5 J n j I £ £ !tfcfcJ;3^ + - 2 . i a : F f f i ? 2 © * T < 5 g i : b T £ f e o
1975^ £ * ft if © x -? ;i> v a y y' JU - T t # s © * «? > ? - y JI - 7 t ffi^l/TFNALf!iS6fei' ( f ~ ^ t u J ; ^ ^ + ~ i , J S ^ £ ^ I t T ? . $ 0 y 9 — -Q -9 v V b fe v fc fc © 9 0 % it X -? )l */ 3 > * £ # o #» *) , x "7 ^ f 3 > IR 8* © 1 * 1 * ¥ ± 0 y 5 - t © ffi "C 9 5 9 6 0 B i g - 5 * l i 5 * < o ^ t e ( 0 t t 1979*£l£ © £ i: 1? $ -So 1983^(^1 C E R N f J i S f t f e 7T350Gev/cK J; 3 fc" i - -r -< JS £ H f£ ( V V A 7 5 ) 1? fct 3 * 1 0 5 n/ cm2 t l> o ffi ffi Jg T? fcf - A 03 #} U % 2 & fit * £ J b f e x ^ ; i / i ' H > 4 » < D f f t l » f f i S t t 6 * 1 0 $ / c n i 2 i : ( , ^ i a $ J g © 4 > i : T ? . ftl O O O O S l S s f e i ^ ^ ^ a ^ M l l f l / T s B "B £ 1 ffl. M HI £ 2 *) © ^ + - A I 8 £ K f f i £ 2 0K 4 0 O f f l J i < J : © f + - A 4 ) S S £ ^ ft £ © $ * £ $ tf fe .
£ f l t e © f l f l £ « £ j E ® * * t & K £ $ * g * * * - * « : * > * > # > * > & * \ * * $ t n K& 1 >» «f a i$ ra a* a» *> * 2>Nffw»J»fl6**«t< Tr^ -ccD^rmt i^ofR
ft if © ffi & K Jt 0 x ^ ;i/ y 3 y © s ffl tt c < IB «3 ft fe # I ? K. i t •*> £ ft "C v» fe.
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( 1 ) r E l ? 6 J t i ^ * T ? © x ^ r ; i ' i ' a > « : & 9 > * - f f l & 3 i i f c i : r a * ' * ft ft * * ? . K E K O P S - K 2 - K « 5 U : % S 5 R ^ « * > ? . f i g -1 K ^ •T set-up ofi:i>'5i7^i'a^i:SSDi:(Doft?Stfi7Ai/3^rt
— 56 —
エマルシヨン・カウンタ ー 複 合 実 験 rE176J のエマルション技術
名大 丹羽公雄
〈序〉
E 176は K-.AgBrー今1(φEーをカウンターでタッグし Eーをエマル
ション中に止めてダブルハイパ}核・ H粒 子 の 探 査 を す る 実 験 で あ る 。
エマルシヨン・カウンター複合実験は高エネルギー粒子を使う加速器実
験によるチャーム粒子研究の中で確立してきた。
1975年名大などのエマルショングループと米国のカウンタ}グループ と
協力して FNALで 始 め た ν ビームによるチャーム探査実験で、カウンタ
ーでタッゲした ν反応の 9 0%が エ マ ル シ ョ ン 中 に み っ か り 、 エ マ ル シヨ
ン飛跡の i本 1本がカウンターとの間で 95%の確度で対応がついたのは
1979年 1月のことである。
1983年に CE R Nで始めた7[-350Gev/cによるビューティ探査実験 (WA 7
5 )では 3%1o 57[-/cm2という高い密度でビーム照射し、 2次位.子を含
めたエマ ル シ ョ ン 中 の 飛 跡 密度は 6 % 1 0 s / cm2という高密度のもとで、
約 10000反応をエマルシ ヨシ解析して、 B Bを 1例、同時に 2対の
チャーム 発 生 反 応 を 2例、 400例以上のチャーム生成反応、などの成果
をあ wた。
エマ ルションは最少電離粒子を 1μm というきわめて細い線条に記録で
き他の測定器を圧倒する位置分解能を有するにもかかわらず、さまざまな
欠点 1 )解析に時間がかかる 2)時 間 分 解 能 が な く す べ て の 荷 電 粒 子 の飛
跡を蓄積し 3)顕微 鏡に よる画像解析が職人芸的であって客観性に乏しい、
などの理由によりエマルションの活用はごく限られた分野に追いやられて
いた。
教 科 書にみるポー→♂ー→ Jをとらえたエマルシヨン技術と今日のエマ
ル シ ョ ン技術はまったく異なる。 それはあたかも電離箱に始まるガスカ
ウンターが GM管、比例計数管、 ドリフトチヱンバー、 TP Cな ど と 発展
し、読みだし方法も CAMACにまでたどりついたように、エマルショ ン
もベリクル， E C C 、両面精密 E C 、チヱンジャブルシート、ヱマルシヨ
ンテープ、などに発展し、読みだし方法も生物顕微鏡によるスケッチから
コンビュ ーターによる自動解析にまで発展している。 名古屋グループ の
開発したエマルション自動解 析 シ ス テ ム を エ マ ル シ ヨ ン ・ カ ウ ン タ ー 複合
実験に結び付けたとき前記・したエマルションの欠点、のほとんどが解消した。
(1) rE176J は今までのエマルション・カウンタ}複合実験と何 が
異なるか?、 K E l(の P S - K 2ーになにを要求するか? 0 fig-1 に示
す set-upのなかでエマルシ ョンと S S D とのつなぎ及びヱマルシヨン内
の解析について K-ビームの条件をからめて議論ずる。
-56ー
一 一 一 一 一 一 ー 一 ー 一 一 ー 一 一 一 一 一 一 一 一 ー トE 一一一一一←， ..
H V y 9 - ( S S D ) H t b ZfrMWf (ttgfcftJg) $ i ? ; b i / 3 > i o | Ti&m±.K£Ti&&bTB&b-:&r zftmomu* i) t#) %, x A i/ 3 > ? • x > A*- te f ig -2 C ^ t i ^ ^ i l ^ b T l ^ . ftlmmJI© x.~? ivy a y y- h 5 o ft * ft jg-b T (Ji: ? if 3 i: K • © 2 & K & n* i@ c *>
x^<n/j /a>js t^ .©tts t*ff i^^«t<r*^ ft£©&#£»fe*<*c< JM; # S i t g ffi A *; 2 < t/f B Ifi fc t > h * » fc £ * © * V t> * 7K E 5 3 1 . W A 7 5 , B 6 5 3 T t t ^ f e ) ^ a # i T T l ^ . l ^ / I / i ' a ^ f i > A - f l ) ^ U I i 2 5 * 2 5 cm2. I * « 5 cm., 1 ^ !i 1 2 K g , ? i > A -S D C A W S t t i t - A l U (3*105 K " / c m 2 ) *(25*25cm2) =2 * 1 0 T . fcfcnn 5 * i o6-e&<5. * t K f l i 3 0'J'v h ;i> (1 o f i > A - ) © x -? ;i/ f a > £ o *> -3 .
tit S © * * y ^ b - S / a ^ t t f c r - A J g J H f f c E ^ T © * - r K & 3 1 * tt fc y V ^ F (IE ES ft 3 >r - )V ) C i O f i c a o . x ^ j l / S / a > t t H « i :
^ * © i a g - e # t ; a i # t - « * < y ' ; ' y v *&•*> z t^nm-ns z. ae -a T X *?;!/ £/ 3 > © 4 + V 7 b - 5/ a > fix ( l ) i n t e r n a l c a l i b r a t i o n . £ T
b T ^ * ! R J W f c l W & £ 3 $ ' - h * 3 i J & * t t T : f c & * * (2)externa1 c a l i b ra t ion , g T 8S © ^ V v K © ft S t S S D H g % t if ?' -a T 1 0 / / n i m(D&m&t>#%? Zfr? . S S D T J j f 6 i t $ * i f e f R » * ^ + ^ A - ^ « j 2 - 3 i l * f 0 - r « t T ^ « ) § o C € f f i ( i S S D J : x ^ J l / i / 3 ^ © 7 7 - f X y Y.'Zftv h 4* © tf - * •* - * © ffi S* e - * f f i g © * & 1 8 ^ « 9 i * x -=? ;l/ $/ 3 > © m K. o < - T & < > fc£©#&TMTd.
* y $ n fe K + © us & i * i * © ft J& r tt i* v ^ K © 4 + u 7' b -
i / 3 > * i J £ . &Kf i£"C* Mover ©* f j£ . S S D © S f i t t if ^ T O S S * l i a ^ f c t f e i S l f S S D © i: £ * . fe fc f i© ! f t» ; * lS r f t sS i 'e< fc * .
»©*£*» © f f i S © f i i t t © ^ f f l ^ L A > i / - r © 1 $ t f & B # f t i ? £ £ T * t l ! l E b o o i f - ^ F l T , B » « l / > X * a i / , C T V J ! j ^ 9 ( 0 f i g ( * & « # 100*100 Mm2) ©«B8£S£bTBtt©fc£©iR»*a!l£*-*. I T S S l f ^ y n f e K ' d . s Gev/c© a 4i> * at it ^ ) £ 1 # g jg © B# im -?? g *i & It ( scann i ng) b T B W f c * - * J K » * t : y 2 7 ? : / * - * . K * © « m ft fc g 0 .' 1 r a d - 0 . 2 radE fe ^ "f * A y 2 2" 9 > K JR » ( B G ) It A Id ft1? & g 3 * 1 0 5 / c m 2 ( x ^ A i/ a > J | 5 cmlJ 0 . lmf p, 1.5rl) t PI 15 I S " ! ? i 6 ! ) s B t B S 2 : © f c g £ # f } E a * 10m radii J£T $> -5 *> £ 100*100/z m2
©SSjfcig«T?Ut ( 1 0 0 / 2 ) 2 * 3 * 1 0 5 * ( 1 0 0 / 1 0 0 0 0 ) 2 = 0 .0251®/T V II IK £ ? 2 7 y V b fc fft 8* £ £ £ fc 1 - 2 £ © H * I W f c j a M * T $ > - r l f t c i ? ft g i l l £ ( f t Jg#8? tg 2 mrad) £ b T ¥'J 5£ * * £ B G 14 0 .025*( 1 0 / 2 ) 2
— 57 —
①エマルジョンター ゲ ッ ト と 飛 跡 探 査
カウンター(S S D )でとらえた飛跡〈位置と角度〉をエマルシヨンの最
下涜 面上にまで延長して探査し一致する角度の飛跡をもとめる。 エマル
ションチヱンバーは fig-2 に示すような構造をしている。 約 1mmJ.享の
エマルションシート 5 0枚を積層・して〈厚すぎ石と K令の 2次反応が起こり
薄過ぎると 5・が止まらない〉、遮光、平面性の確保、ビーム方向からみて
エマルション以外の物質を極力少なくす吾、などの条件をみたすべくオリ
ガ ミ式真空バック〈折り紙にヒントを得た名大のオリジナル、 E 5 3 1 •
WA 7 5， E653で使った〉で組み立てている。 エマルシヨンチヱン
バーの大きさは 2 5 * 2 5 cm2、厚みは 5cm、‘重さは 12 l{ g、チ ヱンパー
当りに入射させるビーム量はく 3ヰ105K -/ cmε 〉本(25宰25cm2)= 2 * 1 0 T、
反応数で 5* 1 0 6である。 本実験では 30リットル(1 0チェンバー〉
のエマルションをつかう.
位置のキャリプレーションはビーム照射後に全てのシートに焼き付けた
グ リッド〈正確なスケール〉によりおこなう。 エマルションは現像と
定着の過程で伸び縮みするがグリッドを使うことで補正できる、 従って
エマルションのキャリプレーションは、(l)internal calibration、 全て
のシートのグリッド相互にどれだけズレているか?、エマルショニノを貫通
Uている飛跡を隣り合う シ ー ト を 対 応 さ せ て 求 め る 、 (2)externaJ ca I i h
ration、最下涜のグリッドの位置と S S D座標系とどうやって 10μm精
度の位置合わせをするか?、 S S Dで捕らえられた飛跡をチャンバー当り
2-3個対応ずけて求める。 この作業は SS Dとエマルシヨン の ア ラ イ
メント、、スポット状のビームマークの位置、ビーム密度の大変低い領域を
エマルションの隅につくっておく、などの方法で行う。
タッグされた K+の飛跡 1本 1本の対応ずけはグリッドのキャリプレー
ション精度、次に述べるト10verの精度、 S S Dの精度など全ての誤差を
重 ね 合 わ せ た 範 囲 で S S Dのとらえた角度の飛跡を探す作業である。
コンビューターに制御される精密ステージ〈測長機〉で 25 * 2 5 cm主全
体のなかの任意の位置の予想点ヘシートの伸び縮みなどを全て補正しつつ
ガイドして、顕微鏡レンズを過して T Vカメラの視野〈有効領域 100*100
μmりの範囲を探査して目的の角度の飛跡を測定する。 最下涜面上で
タッグされた K + ( 1 .5 Gev/cの最少電離枝子〉を 1分程度の時間で目視
探査 (scanning) して目的とする飛跡をピックアップする。 K~の標準的角度 o• 1 radー0.2radにたいするバックグランド飛跡(B G )は入射
粒 子密度 3* 1 0 5/ cm2 (エマルシヨン厚 5cmはO.lmfp、1.5rJ) と同じ
程 度であり、目視探査の角度分解能が 10mrad程度であるから 100宇100μm2
の 探 査 領 域 で は (100/2)2幻本105*000/10000)2=0.025個 /TV視野、
ピックアップした飛跡をさらに 1- 2分の時聞をかけてシート 1枚による
角 度測定〈角度分解能 2m rad) をして判定すると B Gは 0.025本(10/2)2
-57-
= 0 . 6 l / T V S g t t t ^ . M>-o&fcmM£&^±if Z (follow u p ) £ j £ ,& ( K ~+ emulsion—> K + + B " ) te^<0 £ © fo i l ow up © If $g & itm < (ioo%)ioftmm0wm~n & *. AwaffljoK-oiasss s D ©as^fi'e^x^ ^ b x HE b \^ & m iz % b tap mm? %o
E 5 3 1 . W A 7 5 . E 6 5 3 © * l l f c ^ £ . $ 5£ b T J!, o tf fe 5 « © ft ifi K tt ** # * ft 6 S'J £ ifi 1 0 2J^ T T ft ^ fc * $ IE fig K ft 0 . fiotffe ! f t » © « I H 4 ' 6 > ? S ' & 3 . x ^ ; u $ / a : / t t £ T C D t & $ B * 7 f c & K : i a & b - C V * 5 . « 3 K i : a S ^ * * D g t i : W « & " r K * C D f R S M £ f c i f « j o < 0 ft ^ T . X ^ ; i / J / 3 > f c j ! 7 ^ i / ^ - K i | ^ ' r * * 1 * t t ^ n J ^ ^ W ^ ? . © I* «» 6 S 4 « 0 - p t t a < T H < < > ^ K S < f i ? U f T t 5 ^ i : o A ^ i f ? . ^ 0 © £ l& £ lOOOOJgj&ffi < $ Him? % © TZ 1 £J&© locat ion * 3 O # Jil ft K 18 » fe V»* C f f l ^ f t i l T V I S W ( + / - 5 0 / i n ) C ^ f S S D ^ « 6 x f e J f i
(D T a r g e t m o v e r £ «fc * K " Jg *i fc S S D 2 0 - 30 /i m© a S # M fig tt S S D & ft © # 9 > * - THi ?# £ ft ft ^ .
f ig-1 K ^ f se t -up T 4 0 # n pi tch © S S D ( i S t S * U ^ K K M ) £ X ^ ; i / S / a > © ± S S f l ! l . TSSffiiJ t u^^? 2 $ f i ( x , y ) / o l j g d o S S D ( 300/imJf) T?§ tf 3 % Si tka . A 0 s = 0.6mrad ( K * 1.4Gev/c) © t> £ ^utx?;^>a >±©f i^o4)0^ i 8=e s* L ( L ; I ^ A S / 3 > f c S S D t 0 S 6 H ) tt L = 3.3cm© t t K S S D©8?i£;/j20/znii: |5lD;*; £ * £ « * . Y # f i H * X # | f 3 J a s S D T ? © t f c a « £ > f t £ - 3 T \T2f£ © it a © f e » C L = 1.7cii T S ^ o j® £ © i ^ A J ' a ^ - M M - H * S f e f c J i ^ T t f c & E i B H * * f f l i ^ i I » f t * i f i V ^ f c ' t t K : * i * ^ . x -=? ;b i/ 3 y t il V > 9 - t © W * 1.7cnJstWK se t -up f % I * ifi * tJJ "C $ * . S S D ^ I U i i - E l f - i l t t l i t mmJa 1*1 tn EK 5£ $ ft 3 , C © «B ^ fcf - A * 2 5 * 2 5 cm2 © iz £ * © X "7 ;i/ $/ 3 > * - y y. r £ ft fc BS jft f % \Z It X ^ )l y 3 > 9 - y y p £ IS fr £ ft «t ft & ft <=> ft W flu « & S S D C $ ttlT&<X1)H/a>9-¥v r ( iS f l J I&j i© r Target mover J f ig -3
T arget mover it • 25*25cm* 5cm J5 T Net 12 K g © x ~? ;U y H y 9~ x > A - 3 f c t r - A 9 4 > f c £ f i « : f c i # b o o - « f c K - £ ! g | * * * $ S K T ? f c ^ ^ t r i gge r £ ft 3 M IS & £ M S» © fit S tt Mover © fit g < X , Y ) t S S D T? i: e. & § iu® (x ,y ) ©fP ( X + x , Y + y ) H ¥ K. £ ft 3 P *> Move r © & 5 iJ 5£ $ g tt S S D '© iff Jg ( 20 u • ) J ; * ) ^ ^ ^ R U / U X « © jg & 5tnm 0 © t"-/,-?? x *7 ;b y a y ¥ x > A — ^ ft: IZ — $ C eg Si T? § -S J; d ft 3 > h U - jl/ ( 2 1 , 3 M (u BS |j} s t - A A ^ ^ C W D U I S i r o T x ? ;u i/ s > $ ir *> * ) *< RT SB -e * « ^ t * j » J E b « t t t f t « « t 6 f t ^ . C l © ^ ^ E 1 7 6 1 ? ® ^ Mover * f ig -3 tC^-To £ © Mover J i C E R N © W A 7 5 f f f f l b T 5 0 * 8 Ocm 2 £t tT?+/ -10 /zm (DIMM* tab tc
— 58 —
=0.6個 /TV視野となる. 見つけた飛跡を追い上げて (follow up)反応
点(}( -+ emu I s i 0 n ~ K令 +8・〉にいく。 この followup の 信頼性
は高く(100%)10分程度の作業である。 入射桂子側の Kーの位置を SS D の測定値でチヱツクして正しい反応に達したか確認する。
E 5 31、 WA75、 E 653の経験から、探査して見つけた飛跡 のな
かに嘘が含まれる割合が 10 %以下でないと大変非能率になり、見つけた
飛跡の信頼性も落ちる。 エマルシヨンは全ての情報を永久に記錯してい
る。 探査と測定を繰り返せば必ず真実の飛跡にたどりつく。 従って、
エマルシ ョ ン と カ ウ ン タ ー に要求する条件は、可か不可か?、の条件 か ら
きまるのではなくて、いかに速く解析できるかどうかできまる。 今回の
実験も 10000反応近くを処理するので 1反応の location を 30分以内に
納めたい 、 こ の 条 件 は TV視野内(+1・50μm)に必ず SS Dで捕らえた飛
跡が入 る こ と 、 従 っ て σ=20-30μmが要求される。
② T a r g e t m 0 V e r による K-照射と S S D
20-30μmの位置分解能は S S D以外のカウンターでは得られない.
f i g-1 に示す set-up で 40μm pitch の SS D (浜松ホトニクス1(1(製〉
をエ マルションの上涜側、下涜側に各々 2組 (x，y)ずつ使う。 SS D ( 300μm厚〉で受ける電磁散乱角 θs= 0.6mrad (!( + 1.4Gev/c) のひき
おこすエマルション上の予想 点のもつ誤差 o= (J s本L (L; エマルシヨ
ンと SS Dとの距離〉は L= 3.3cmのときに SS Dの解像力 20μmと同じ大
きさになる。 y方向は X方向用 S S Dでの散乱も食らって J寸倍の散乱
のために L= 1.1cm である。 過去のエマルシヨンーカウンター複合実
験と比べて散乱に起因する困難は運動量が低いだけに大きい。 エマルシ
ヨ ン とカウンターとの聞を 1.7cm以内に set-up ずる工夫が大切である。
S S D老使うことでピ}ム径は数 mmO-内に限定される。 この細いピ}ム
を 2 5 * 2 5 cm2の 大 き さ のエマルションターゲット全体に照射するには
エマルションターゲットを動かさなければならない。 前後を SS D に挟
まれて動くエマルシヨンター ゲ ッ ト は 額 縁 構 造 の rTarget moverJ f ig-3
に取り付けてビーム照射をおこなう.
T arget mover は.25牢25cm2 5cm 厚で Net 12K g のエマルシヨンチヱ
ンバーをビームラインに垂直に保持しつつ一様に Kーを照射する装置であ
る、 trigger される反応点と飛跡の位置は門over の位置く X，Y)と S S
Dでとらえる位置 (x，y) の和 (X+X，Y+y)で 与え られ るか らトlove
r の位置測定精度は S S Dの精度(20μm) よりいいこと、及びパルス状
の直径 5mmφ のヒ~ムでエマルションチェンバー全体に一様に照射できる
よ う なコントロール(2重、 3重に照射、ビームパルスに同期をとっ て
ヱマルションを動かす〉が可能であることを満足しなければならない。
この実験 E 176で使う Mover を fig-3 に示す。 この門over は C E
RNの WA75で使用して 5 0 * 8 0 cm2全体で +/・ 10μm の精度をだした
-58ー
3 U l t £ f c o 0 S i l 2cra/ sec. © £ fig £ fc -? X ^ T % ffl ;S V n ^ T #J iffll X £ 3 » W A 7 5 t t f c f - A O * ^ * * * » f t l 0 s T * - 3 f e . E l 7 6 tt 2 sfe ib~?1*& *) 'J> * ®ti>^ffl®%¥zT %& Z <D Mover T- ffl gf tt ft ^ o
© B ~ G) JL-3 )lt> a y ( A g B r ) M ^ © S f t J K £ y : 7 ' J l ' ; W / \ * - - $ « H ^^©f iS t f r .
K* $ ± 8 S t c Follow up b T S 1 * E J S j & K £ b > §l « S tt tfJ * n T l> * a - * T 8 £ K i 6 # t f " * . 5 en© IS # <D x ^ ;[/ $x a > © 4* -£ x * -H* ¥ -^ o t i b H a - tt 200Mev/c& T T & ^ J f c i B M i l l ^ i r b T ^ T ( x -? ;U t / a : / 4 » © J R » © 3 i * t t g * S D © x * / i / * - j S & u : i f c 0 J ) f - h £ £ ft i o o c 9 j i ^ « t ^ ^ s ^ . JI $ -f 3 s - © £ T # y 7* ^ ; w A' ~ & • H & f ©iff. £ ft 3 fr tt T* tt ft ^ 5 " —» A. + n ~ O l U J l S S f t i i t i - C A « B r S E f i « l T ; H / > y * ^ ( s = - 2 ) © & t ft 3 $J # tt & 3 0 % T? $ *. yyjvj\ 4 n-& jfi-G %tzm&*<Dffii$kttt\j\4rt-&tm\j
* b m * O H & ? * « T * T x fe i: * tt H —> S - P C l l i i l f e i : t « , c © « J ; ? f t i 3 £ © : £ v ; i / : S / a > © l l ? f l r % f f i £ * - * f c J 9 l T © « ) ; o K : * * . B - © B f t J R & © f f i f t ( x , y , z ) tt 1 /£ •© *t g T fc £ ft * * i£ Bf £ H i 3 S E b - C 2 P © V ^ t t - 5 J i ^ f c b f e f a » * f i i ' r . Z © 8S 3£ tt 2 " n P l> • r n © f f t a i * ) * S E B ^ ' r ^ ( i S * s c i ? S b T ^ « K - , e t i i - i n E 80 ** o < ) © -£ $C & # mm3 © f t « © S 2 E * T ? t t * b ' C f f l S 8 t t * ^ £ © & & tt m ft WL ft $ fc IS < ( * 2 0 ) f f l 5 ( T V f i S ) © -k S * tt 5 0 0 * 5 0 0 /i m 2s 1 mmJI © x "? )l is a > i/ - h 3 - 4 ft © £ I i i f t « « i 2 0 - 3 0 » - 5 ^ 7 t * .
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— 5 9 —
実績をもっ. 量高速 2cm/sec、の性能をもっていて専用バソコンで制
御できる o WA 7 5はビームのサイクルが約 10 sであった、 E 1 7 6
は 2sたら ずで あり 少々細かい制御を要するが乙の門overで問題はない。
@ 8ー のエ マル ション(A g B r) 核への吸収とダブルハイパー核・ H
-桂子の解析.
K+ を上涜に Followup してまず反応点に遣し、引続き放出されてい
る Eーを下涜~ì:.追跡する o 5 cmの厚みのヱマルションの中でエネルギー
を失って止まる a-は 200Nev/c以下であり飛跡は黒々としていて(エマル
シヨン中の飛跡の黒さは長さ当りのエネルギー損失に比例〉シートを交換
しつつの追跡は容易である。 追跡する冨ーの全てがダブルハイパー核・
H粒子の・源になるわけではない、 E-ー争 A+π ーの崩壊をまぬがれて Ag B r核に吸収してストレンジネス (s=-2) の核となる割合は約 30%であ石。 ダブルハイパー核が・できた場合その崩壊が Aハイパー核と同じ
程度の寿命で 2殿階に崩壊すればはっきりとそのありさまを捕らえること
ができる。
もし単体の H 粒子ができて、たとえば H ー~:I:・ P に崩壊したとする、
このような場合のエマルシヨンの解析を想定すると以下のようになる。
8 -の吸収点の位置 (x，y， z) は 1μmの精度で得られる、 近接を
探査して:I:Pの V字状で黒々とした飛跡を探す、 この探査は~ -、 Pい
・ずれの飛跡も大変見やすい〈高密度に存在しているl{-， eとは一見して
区別がつ()ので数立方 mm3 の領域の探査まではさして困難はない、この
探査は顕微鏡倍率も低く (*2 0 )視野(T V視野〉の大きさは 50 0 * 500μm 2、 1 mm 厚のエマルシヨンシ}ト 3-4枚の・交換となるが 2 0
-30分で完了する。
つぎに H-→~ -Pの候補が見つかった場合、その崩壊点を 1μmの精
度 で位置く X ，y， z) 測定し、 2・、 P各々の飛びだす方向を 数 mradの
精度で測定する。 ここまでの測定で見つけられた V字状の飛跡が Eーの
吸収点(Hの生成点〉と同ー平面にあ忍かないかがきびしくチヱツクでき
て γ、 nなどによる核の V字状破片との区別がつく。 次に~ -と Pの粒
子識別とエネルギ}決.定に進む。 Lーは核に吸収〈マイナス荷 電の証〉
して核子の蒸発をずるか、:I:~ n +π ーに崩壊することから識別できる。
Pは余り散乱されることなく(e I ectronと 異 な り 〉 止 ま り 核 子の蒸発を
しない。 止まる Pは (k・も〉飛程から正確にエネルギー〈飛程は kin
etic energyの 2乗に比例する〉がもとまる。 精度は飛程の測長誤差と
して与えられ 10 Mev前後ならば 5%程度であろう。
H粒子の質量によって Hの崩壊嫌式は色々考えなければならない、ここ
で述べたのは fig・4に示すよう巴願望である、もし H粒子が軽くてダブ
ル β崩壊で寿命が 1年のオーダーにありかっ Hが核内〈遠くえ飛び去らな
い〉で崩壊すればエマルシヨンの現像を 2組に分けて 1方を照射直後にの
-59ー
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— 60 —
こりは 1年後 にお こな い両 者の差異を比べることで調べられる。
( 2 )まとめ
今回の E 17 6は K-ー→ K+ の反応点(8 ーの生成点〉にたどりつく
までは、単一飛跡の follow up は ν反応によるチャーム研究(E 5 3 1)
とたいへ ん よ く に て い る し 飛跡密度の大きいことは WA75，E653、
とよくにていていずれも経験し た こ と で あ る 。 そして a-の核吸収をと
らえ H粒子の探査をして解析する手法は速い昔のエマルシヨン技術そのも
のである。
もしこ の 実 験 に 成 功 す れ ば、ダブルハイパー核・ H粒子 の崩 壊し た子供
の π..，-、 π~2γ の e lectronなど、エマルションの外に飛び出す 2次
桂子をカウンターでとらえる新しい複合実験を考案してより明快な結果を
だしたい。
エマルションはすべての荷電粒子の飛跡老蓄積してしまう。 カウンタ
ーのみの実験は tagging す ることができるがエマルシヨンはまったくで
きない。 飛跡密度ぎりぎりでおこなう E 1 7 6は有効ビームであるl(-
の割合を高く (K/π"が 2倍 に な れ ば 収 穫 物 も 2 倍になる〉することが
重要であり、つぎに、ハロー はエマルシヨンチェンバーの動き回る範囲
〈縦 t~ 5 0 cm、横に 8 0 cm) を全て積分しでもビームに比べではるか に少
な いこと(1 0 %程度〉が必要だ。 もしハローが多ければその分 K-密
度を落とさなければならなくなる。
この実験のエマルシヨン解 析 は 名 大 以 外 に 今 ま で WA 75・E 5 3 1
E 6 5 3などの国際共同実験をやってきたヱマルシヨングループ〈愛教大、
岐大教育、横国大教育、宇都宮大教育、東邦大理、神大教義、大市大理、
大阪府科教センター〉が分担して全ての L a bが同質の解析をおこなう。
エマルション・カウンター複合実験、その物理の成果、エマルシヨン解
析システム に関する文献は「科研費特別推進研究成果報告書 " 自動飛
跡選別装置によるビューティ栓子崩壊の直接観測とチャーム粒子の精密研
究" (昭和 62年 3月、代表丹生潔) J に載っている。
-60ー
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( 1 ) 7u*Jx9 hcpggte 1976 54ZJ(D&&&3g 1980.3 20MeV Linac "L'«lniJlKSfcCD¥£3{B 1983.3 E -119 fiiSg T|SR£e«Aj
ri2GeV P+n^-»P n 3ijii4i&&t;:S*ttS high Pt SI^t 'CDX tf > - 3 t f > ffl08ffi»©«!lifeJ
( « * * £ * . £ * . INS . KEK s UCLA . ZK-VZ^y J 4JSJ• I ( £ * ) )
( 2 ) 7*PS*x? hcoj j t f figffi-ftf>8S <&ft fife)
5 i § t b b t - A » ^ - f ^ 3 i » <s*ts ffl*R fife)" &SM<? >; :>< - * -MIS ( ^ » y ; i / - y )
1986.12 3.5 GeV/c X P0L= ( 43.5+1.5 ) 96<»lM&V:i&J2}
1987.2 E-159 ^S£$|tgOD&&o ^fig ( 87. 5.6.10 £ ) T3.5 GeV Pfd-^Pd SitSift&teJfcttS A A ^ M - * -cjffl 'J^J
(ig^s s t Cs KEK s INS . £ * fife *#-* ;<-?> ; ISJH ( £ * ) )
— 65 —
『偏極陽子ビームを用いる実験計画と
ビーム及びビーム・ヲインに対する要請J
.，tt.. 名古屋大学理学部 中西彊
1 .偏極陽子ビーム、ファシリティー建設に関する現在までω進行状況について
プロジェクトの現在迄ω進展については、簡単にまとめると表一 1のようになる.
即ち、最初の偏極ビーム実験提案として1983年 3月ωPAGで、 E-1l9実験が認められて
から、約 4年間を要して今年ω5，6月に、最初ω偏極ビーム実験として 3.5GeVで
E-159実験が、実現する所までこぎつけて来た訳である. これらは、不断に続けられ
て来た加速器グループの努力〈偏極イオン源ω改良とトリスタン建設による PSの1年
間のシャット・ダウンがあるなど少ないマシン・スタディーの時間をやりくりして行な
って米た加速テスト〉と実験グルーブω協力による結果であると言えよう。
こうして、偏極ファシリティω娃設は部分的には完成して、残る課題〈 最高エネル
ギーまでω加速と Plビーム・ラインω完成 〉を達成すれば、今後数年聞にわたって、
世界的にもユニークなファシリティとして活躍できる所まで来ていると考えられる。
乙ω研究会では、乙 0)ファシリティーを用いて私達ωグループがどωような実験を指
向しているか、その為にどωような作業が残されているかを簡潔に報告したい。
表-1 KEK偏極陽子ビーム加速プロジヱクトの進行
〈1)プロジヱクト ω開始
1976 最初ω実験提案
1980.3 20MeV Linacでω加速試験の予算承認
1983.3 E-119提案「限定留保AJ
r12GeV Pt nt今 Pn弾性散乱に於ける high f't領域でωスピシースピコ
相関係数ω測定」
〈名大、広大、京大、 INS、KEK、UCLA、 スポークスマン;堀川〈名大))
〈2)プロジェクトの進行
偏極イオン源 〈森氏他〉
偏極陽子加速 く平松、佐藤氏他〉
引き出しビーム・ライン建設 〈高崎、田中氏 他〉
外部ボラリメーター建設 〈実験グループ〉
1986.12 3.5 GeV/cで POL= ( 43.5+1.5 ) 96ω加速に成功
〈3)最初ω偏極ビーム実験
1987.2 E -159実験提案の採決。 実施(87. 5.6.10月〉
r3.5 GeV F旬、d→Pd 弾性散乱に於けるAパラメーターの測定」
〈名大、東北大、 KEK、INS、広大他 スポークスマン掘)11(名大))
-65ー
2 . g f f l W y g - A t e J ; * high Pt» tomtmM&WQC D K«kgJBR
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SifteDflliHUU r c © p Q C D ( D » J S I R # t t £ £ £ * * * » ? J fc^5*ir»«. gttffili rpt>^GeV/c T»«<0«^te3afflnTffiJ t i a i / T ^ « ( I ) R « b T H gttffi « r»«!KltJ ic |RIl /Tt t f f i l r^*u:*f tTrSiJ t tTS«t^J:d*t iS^ Pt i r b * » W « » t t JHtt*Sta"Uatt^. ( 0J*tf N-N»ttttftte«bTtt q2>1000fGeVf) J irSU&bT
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— 66 —
2. 偏極陽子ビームによる highpt・物理と摂動践的 QCDによる解釈
偏極陽子ビームを用いて行なう事ω出来る実験には、以下ωようなもωが考えられる.
1) low Pt領域で励起される 2核子共鳴状腿などω探索実践
の high pt領域に於ける 2核子間の相互作用を調べる実験
3) 核方に於ける weakneutral current ωパリティー非保#効果ω観測
の 核子スピンをアロープにした核物理の実践
と己で ptとは反応の際tζ静行する逗動量ωととであるが，結論的に言えば
(2)ωテーマが、当面我々が狙いを定めてい忍実験である.り
スピン微分断面積〈反応に参加する 2つω粒子QJλピンをあらか Uめ指定して測定する〉
は粒子関ω相互作用についての情報を最も多〈含んでいる基本的な量である.
そして己ωスピン・パラメーターω測定は、例えば 60年代から 70年代にかけて
ハドロン相互作用左記述するのに成幼したかに見えた keggePole理論がそω後に剖定
された偏極ヂータω説明に失敗した為につぶれてしまったように、理論的モデルに対し
て決定的な役割を果たす事がある.
現在、ハドロン物理に於いて期待されている理論は言うまでもなく QCDである.
しかし、摂動論的'QC Dが使えるのは夕方ーク・グルーオン結合定数 O<s<めが l に
比較して小さいと見なし得る highq2.領域ωみであり、
現在ω問題は、 rとωPQCDの適用限界はどとにあ忍か ?Jという事である.
楽観派は rPt>数GeY/cで殆どω場合に適用可能」と主張しているのに対して、悲観派
は r排他反応lこ関しては近い将米に実験で到達できないような高い ptでしか高次摂動
頃は無視できない o (例えば N-N弾怯散乱に対しては q2> 1000 CGeV)'2.) Jと反論して
いるように完全に相対立する 2つの見解に分かれている o :1)
これらの議論は核子一核子散乱ωみならず、図-1
電子ー核子散乱ω電磁形状因子ω測定実験
データなどωPQCDによる解釈を巡って
もう 10年位前からなされて米たもωである
が、我々が強調しておきたいのは、スピン・
パラメーターがこれらの適用限界ω議論に、
明快なテヱツクをなす役割を果たす可能位が
高い事である.
モω代表的な第ーω例が図ー 1t乙示す
PP弾性散乱ωAパラメーター〈文はスピン
・軌道パラメーター〉 ω測定である.
PQCD ω予想ではグルーオンを交換する
クオークωヘリシティはクオークω質量が無
視できるような大きな Pt領域では、保#さ
れるから へリジチィ反転振幅は o(t-日〉
即ち、 A = 0 ωはずである. ところが
最近、 8Nl.ω偏極ビームを用いて測定された2. ':1.
Aパラメーターは Pt=6 GeY-で 20%を超
えてなお増加するかに見え、こω予想とは相
反したもωである.
-66-
pp 散乱のAパラメーター
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Pt*> 1.5 GeWti Pt tcOj^fe^L/"C^<5«};-5tu^1^.§ ( scaling ? )3?fr £ Ann anomaly t t f f c f ftfe&GfJT*& 5 . & 4 # 1983 ^ t c PnSipttiifciSlteifcttS Ann
ifi!l^ (EU9) £ ^ b f e O J f c £ 0 J j S 0 £ ^ 3 & T : ' & - = > f e . ° C : o j ^ ® t O j > ; - y - X ^ ^ f e /\«D«krisch ^1979 i£fr ZGS # *&1g i£ * i 3 t AGSJC
^-sTSiSfiibfeCoai 18.5GeV; p£=4.7GeV*((i= 49°) Tf<0 Anni)Hfcl'i&*. « : « ! * * l*« JblBOJ b) * > & < » * * | K R b T % sea ling t i J # i : b T V > # ^ £ ^ r fc&fc. H*J*Lipkin&,k%|ilfIfft?G0 Q>= 90° a*fl.t;:fi*it3 coherent £iJ^t£<k<5 Anomaly*:^ 5UWlz.&m*±tfT^H>k?lzM.%%t>^ C* i t t«k>j£&rate E- 119 ;£ !£« Pnt* a w Ann iMjgTN Wt*? $ &T£T?ife 5 -3 .
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— 67 —
第二ω例は、 'PP弾性散乱に於けるスピン相関係数 Ann (JJ祖tl*倒であり、図ー2は
12G'eY ZGSで 図-3は 28GeVAGS QJデータである. 図-2ωヂータは、
a) Pt~ 5Gef"付近で的ザrr付=4 乙達した大きなスピン・スピシ相互作用ω効果と、
b)ビーム・エネルギーを変えて測定した(7cm= 900ωデータと 11.75GeV/c のものが
Pt且> 1.5 GeV'"'T!は ptt乙OJみ依存しているように見え忍(scal i ng ? )事加ら
Ann anomalyと呼ばれたもωである. 我々が 1983年に Pn弾性散乱に於ける Ann測定 (E119)を提案したのもこの原因を探る為であった.。
己ω実験OJリーダーであった A・O.krisch -'''-1979年に ZGS'が閉鎖されると AGStこ移って継続したωが 18.5GeV)Pt~4.7Gey2(弘r490〉でωAnn測定である. 己ω結果
は、上記ωb)からの予想に反して、 scali ngは成立していない事を示す と共に、
JI・J・Lipkiたよる同種桂子ω弘=95散乱に於ける coherent効果t乙よる Anomalyとい
う説明に軍国老上げているように見えるが、とれはより直接的にじ 119実験ωPn散
乱ωAnn 測定で、はっきりするであろう.
ANL-ZGS で測定された
図-2 pp散乱QJAnn パラメーター
BNL-AGSで測定された
図-3 pp散乱の Ann パラメーター
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p+p-p+p ロ90:m• 11.75 GeVlc:
80
• ZGS
・ThisExp. ぜ田4.7(GeVlc)2
Ann[%]
o
ピ(GeVlc)25 。
8 12 16 20 ~ab[GeVlcJ
-67-
P Q C D CD Ann ^fflffltt < W < J H = 5/6 -!!&*). Q\M*-T)Ull\t tit/Ofa =2 "U
^ ^ M o - f c t ' 1) 2) 0>J;$&lBiiMgeD* T'fcU Pt tm Ge\/cmi$o)ZVym&ii$L We £ & ^ £ ^ i f t bTV> ^ «k -3 T* & <5. b f r b s t i n t i l M b T ' b S.Brodsky ttE© &KifiH;U «63feG)H-#toffl^T^« uud * * - * £ * * b TMftftttttBBfiTf tt«t < , « i £ « * * f t f c * *H**»»««TTtt uud **
=p<» high q*ffitti?a) non zero S f f i U T
^ • f n t e t t A * 3 t £ * T ' high Pt Physics fcbTKHfcfittbTSfeOtt* V^ff t* <PP)JRc!)&K**-*T?*iK (Pn) »a>3*
&&*llf Keypoint - £ $ % •
I-4 90 f*f l,«
1) 3 hard gluon exchange ( he Iicity conserve )
2) 1 constituent exchange ( he Iicity conserve )
3) 1 hard gluon exchange +
1 constituent exchange +
soft gluons exchange ( he Iicity non-conserve )
— 68 —
ちなみに 2グルーオン交換を仮定する
PQCDの Ann 予想値は 6恥/σい=5ノ6であり、 Q1 Mモデルでは併-tf，δ刺 せで
ある. これらは図-4に示すファイマシ・
グラフωうちで 1)ののような摂動項OJみ
では、 Ptが数 GeV/c領域0)スピシ現象が説
明できぬ事を示唆しているようである.
しかし、これに関しでも S.Brodsl切などω楽観派は、従来ω計算tこ用いている uud クオークに対して対称的波動閑散ではなく、
最近提案された、相対論的領域では uud が
非対称な働きをする波動関数を使えば、とれ
らのスピン効果を生み出し得忍可能性もあ忍
と主張しているようである.
こω3ケωクオークが非対称的な働きをす
る波動関数は、必然的に中性子の電荷形状因
子ωhighq'J.領壌での nonzeroを予想して
おり、とω観点からも興味深いものである.
いずれにせよ、現在まで highPt Physics として話題を提供してきたのは、いずれも
(PP)系ω実験データであり、 (Pn)系のデ
ータは完全に欠落している事が実験家の側か
ら見れば Keypointである.
図-4 900
散乱ωファイマン・ダイアグラム
1) 3 hard gluon exchange ( helicity conserve )
3)
2) 1 constituent exchange ( helicity conserve )
、.，，e
uv
e
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由』
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、.，，向。
-68ー
aw»at*»asKu:-o^T
2. tcj^^feSiiiiS'Si-wjttuT^ &*ir&(»&vft?j&T!£m*mit>tc^. ( 1 ) g & B & i r b T t i * E-119 m®. ( 12CeV P -n-r Pnft&oj high Ptffl«tefttf-
3 Ann *e>teB8fiy&0j«iJ£ff{gO £&®tt«-<5.
Jl^tiKtcis RI£®£Ai:bT:7KfSSftTV>*#. m±QJ Pt T r O i l j ^ A ^ M t b l ^ K
a ) g;fcX*Jl/#~-12 GeV$T*niirL'5STl.>Si&gAi<&3. b) §Si&ti&oj8&#Sr®tlU:Jt high Pt T'li^flStcmti *CIJT' 0C=9OT:'J£ ~ 1 ( W A '
> r / Nf IB] £ 3£tS* ft tf tt $ ift V» >
(2) * £ T N E-119 &mzmm?%m^ mmt&izit&&<D&&&*&-$. &VM U : t t H S S K - A f c a « w « # M * * ^ - y ' ! » h«ffl#^*)*Tfni<IB«t " kf -A • x * ; b * " - # P > 6 GeV/ c teftfr*
P^n-» Pn &&0J high Pt fH«TJO AA'iM - * -CDiWJg'
£ft£fctV>rftfcx p n » t e f t * t t * * t e J ; t l ZGS * AGS TfiI'l££tl,TV>&l^
xt'^'A'f^-^-©anjjv*ia•»fefccD-e*o, la*©tuflx*>en6oasjg*ttb # * CDfcU KEK0J7 r i / >; -r ^ - J<ttetts& & » t t t > .
5tt#Kl3HaEST?K ZGSTraHJfeStl&P nttftT?© A A ^ - ? - f c A n n A ^ -^ - ( 0 5 * - * * a - 5 » 6 f c S l / T f i < . high Pt *T?flH&ftT^*Q)UU ^f *i*>» ^ r fx* ;u**-7J fc 6 GeV/c£i?a)fecui?$$.
1-5 P n S a o J A / ^ ^ - ^ -
0.3
0.2
o.i
o
-o.i
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
T — i — i — r
•J1! I
— I — I — I — I — c) PH--»PN ol 6 GEV • • THIS EXPERIMENT o t OIEBOLD I9T5 o • AB0LIN5 1973
(G-6 C«Vl
{
J I I I I
] I U L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 19 10
- t (GeV2)
61-6 P n {&&«) Ann AVA-9 ~ i — I — I — I — | — i — r
.1
"T_r
I" :
- i
-.2-
• P+P—P+P .
B n+p—n+p .6 G«V/e
1 2 2 Pj. [fc.V/e)2]
— 69 —
3 . 具体的な実験提案について
2. tこ述べた譜論を背景として、我々は次ωような方針で実験を進めたい.
( 1 )最終目標としては、 E-119実験(12C凶作nt今 Pn散乱0)high pt領績に於け
者S Annスピン相関係数ω測定係数〉を位置付ける.
己れは既に、限定留保Aとして承認されているが、最大ωptでの測定が望ましい実験
であるから
a.)最大エネルギ-12CeVまで加速できている必要がある. 。b)郵住散乱の微分断面積は high ptでは端的に落ちるωで 6L290では -10イベ
シト/時聞を覚悟せねばならない、
という課題をかかえており、こωような厳しい条件で量善ωデータを宿るには、偏極
ビーム、偏極ターゲット及びスベクトロメーター系の全部が最高の状腿で稼働できるよ
うにi掠儲レてしてから行なう 0)がベターである.
(2)そ乙で、 E-119実験に到達する前に、物理的には共通ω重要性を持ち、実験的
には偏極ビームと通常ωifX体重水素ターゲツト 0)組み合わせで可能な
世ビーム・エネルギーが P > 6 GeVI c tこ於ける
P'I'n ~ Pn散乱の high Pt領壊でω Aパラメーターω測定。
Q)実験を先ず行ないたい.
乙れらはいずれも、 pn系に的を絞る事はより ZGS や AGS で測定されていない、
スピン・パラメーターω測定を狙ったもωであり、世界的立見てもこれらω測定をなし
得るωは、 KEKo)ファシリティー以外には育り得ない.
ちなみに現在までに ZGSで測定された pn散乱での A バラメーターと Annパラメー
ターωデータを 図-5、6に示レておく o high Ptまで測られているωは、いず
れも、最高エネルギーでも 6GeV/cまでωもωである.
図-5 P n散乱ωAパラメーター 図-6 P n散乱の Ann パラメーター
190~
0.3
0.2 • • TIII$ EXPERIMENT
0.1 。.OIEBOLO 19" 。.A BOllNS 1973
16・oGcVI 。o Crd. cl J.
ー0.1Ann
-0.2 • p叩ーP叩
-0.3 国 n+p-n+p
.60.Vlc
-0.4
-0.5 o
ム
1k伺 llGWIC}2可
-69-
一一一一一 一-一一一一一一一一一ーー
4 . flgetr-Astftf-i, • ^ - f ^ t u t t i r a g M t e o ^ T
gmiw 3 . 1'>£^&&!£ft'iljM?Ta>&K KEK KjHbTSSHfb&V**^ figijUiijj;*:
( 1 ) ^@kr-AtuMr<5Si f
3.5 GeV T ? * - y * > h & T U fcr-A3$j£tt(3-5)x io 7 PPPU & "^feo
-ftfiyils 4
"J - 'A 9 -
&v>y S.5GeV 5-OGeV
- Na{/S@i£
I H"{/a@& K^IBSlg
Bg^d&JSg Sg^fi|g£
91 %
(60 + 4 ")% (53 + 3 )%
(43.5H.5 ) % V3 15 %
.£.* b x C4096£lJb> *njlbT$;bV. " i:l,"«a*te^S%. ftU. IH^^-^o f tS^ " 6 GeV/ c J S L h W X * ; ! ' * - " % 1988 *P&f* J f c t t l t t 3 S 8 1 b T ^ & « 3 f c ^ .
(2) fla@E-A • ^-f >t ; :a-r3gl f
E-159 ( 3.5GeVTf<y P*d-* Pd ftfl,© A / J*M - *-iff i£> W <k -5 fc/Ma&ft;^*
0 * B S ' i B J i l i t iH ; KEK 81-23(82)T/E,KEK 82-5(82)E K E-119^»aSgW
2) Physics Today Vol.Anj.(8S) 17 KflSfiPB^K- A&gfct P Q C D CUfrfrfr »J tiio
3) H.J.Lipkin; ANL-HEP-CP-86-82,and ANL-HEP-CP--86-130
— 70 —
4. 偏極ビーム及びビーム・ラインtζ対する要請について
最後に 3.1!述べた実験計画遂行ω為に KEK tこ対して要請したい事老、簡単にまと
めておく. これらは#いにして既に計画ω基本線は承認されて、現在 仕事が進行し
ているものである.
( 1 )偏極ビーム記対する要請4a
偏極ピーム0)現在迄ω イオン源 91 %
到達点は右ω表のようである.
3.5GeVでは既に偏極実験を実施 日偏極度 (60 + 4 )%
できる所まで進んできている. プースター 陽子隔極度 (5~ + 3 )%
3.5 GeVでターゲット点でωビーム強度はく3・5)X10'7 PPPで 主リング
あった. 3.5GeV 陽子偏極度 (43.5t1.5 ) %
5.0GeV 陽子偏極度 主ヲ 15 %
今後ω要請は a最大エネルギー 12GeVまで可能な限り早期に、かつ高い偏極度を維持
してく40%以上〉加速して歓しい."という事に尽きる. 特に、測定データω無い
It 6 GeV/ c以上ωエネルギー"を 1988年度秋 迄には実現していただきたい.
(2)偏極ビーム・ラインに対する要請
ビーム・ヲイシ系についても、既に専用ビーム・ラインとして図ー7ωように Plライ
ンが、決定済みであり、現在は途中ω ケープまでωビーム引き出し系は、 OKとなって
いる. 現在、こω ケープは 外部ボラリメ山ターω設置場所として用いているが、
E-159 ( 3.5GeVで(J) P1'd→Pd散乱の A パラメーター測定〉のように小規模なスベク
トロメーターで、可能な実験ωエリアとレても有効である.
今後の要請は、 t<Plビームラインを早期に〈来年度秋までに〉完成じていただきたい"
という事に尽きる. これにより1t-工スベクトロメーターを共用した本格的な偏極
実験がスタートできる事になる.
参照論文1 ) 中 西彊・堀川面顕 KEK81・23(82)T/E，KEK82・5(82)Eに E-1l9実験提案ω
動機についてまとめてある。
2) Phys i cs Today Vo 1. ALc.~.(お) 17 に偏極陽子ビーム実験と PQCDωかかわりにつ
ー いてω平易な説明がある.
3) H.J.Lipkin; ANL-HEP-CP・86・82，andANL-HEP-CP.-86・130
-70ー
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M)i««^:ft©***fi!i4ttA-f^a>©figgga!i^*e«>T*a«j*>©e'rs. BP-&> urn
>©^fi£i:^@^7 ,n-7'i:Ufe^^^©^gl5^Jt©5ff?2{u-o^TKB'<50
§ 2 . JSC^&O&g&JSiti: C u m u l a t i v e P r o c e s s
Kfc^Tli;fc<^©&7-#Sl>K:&i£bfc#^J (HE , ttrtCfcttSS^rao^iSSEa tt|*j2fnu fc^O^&tt&lfBTTfcS. ) E $ 9 , «£fc J;-aTttffift &£-?TV»* fc%
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C u m,u l a t i v e P r o c e s stl^O!i>
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— 72 —
ハドロン・原子核反応でのハイベロン生成と偏極
~ 1 .はじめに
筑波大学物理学買
新井一郎
ハイベロンはストレンジ・クオークを含むパリオンであ石 O.したがって、、通常、
ハイベロシは安定には存在せず、高エネルギー素粒子反応によって生成される.ハイベロ
ンの生成は次の点で特徴的である.
1)真空からのストレンジ・クオーク・反ストレンジ・クオーク対の生成.
2)ストレシジ・クオークと他のクオークとの再結合。
3)弱い相互作用による崩壊。
真空からのクオーク・反クオ}ク対の生成は真空 (QCD真空〉の性質を反映すると期待
される。また、不純物としてのストレンジ・クオークと他のクオークの再結合は反応に関
与する粒子のクオーク構造や反応の機構を敏感に反映するだろう。さらに、弱崩壊による
崩壊角分布の非対称性はハイベロンの偏極度測定を極めて容易なものにする。即ち、観測
量として微分断面積と偏極度を同時に測定できる。本稿ではこれらの特徴を持つハイベロ
シの生成と儒極をプロープとした原子核の深部構造の研究について述べる.
~ 2.原子核の深部構造と Cumulat ve Process
高エネルギー・ハドロン・原子核反応における大きな興味のーっとして、大運動量移
行を与えることによって原子核の深部構造をプロープするという方向がある。原子核内部
においてはたくさんの核子が互いに接近した状態〈因に、核肉における核子聞の平均距離
は約 2fm、核子の半径は約 1fmである o )にあり、場合によっては重なり合っていると考
えられ、それらはいろいろな形で反応に関与してくると期待される。例えば、ある場合に
は核子の多体相関として現われ、別の場合には原子核固有のクオーク構造として現われる
だろう。(図 1)
しかし、よ〈知られているように、高エネルギー・ハドロシ・原子核反応の大部分は
準自由なハドロン・核子反応の重ね合せである。原子核特有の多数核子相聞やクオーク構
造をプロープするためには、それを際立たせるようなチャネルを選んでや石必要がある。
所謂Curnulative Processは、それが本質的に多数核子の相聞を必要と
してい石という点でおおきな選択性をもち、そのような目的にとって大変ユニークなプロ
ープである。何故なら、通常の準自由ハドロン・核子反応において運動学的に禁止されて
いる領域への粒子放出を伴う反応は必然的に核内における核子より重い"何か"の直接あ
るいは間接の関与を仮定しなければならないからである。
Curnulative Processというのは、
a + A (原子核〉 → b + X
-72ー
a : hadroiu r (e~) % I b : p, K . K, • • - ( f a s t backward particles)
fcV>-5Kffi«:SV»T\ ®2fc35"rJk-3E* F e r m i J I § J £ b T l ^ M " ^ ^ " t < D t * e * R J & ^ t t j ^ ^ t t f c « i h * * i T ^ * " f S # ( f t l ^ x * ; U 4 * - ^ ) ^ © & ^ # c d 3 £
C u m u l a t i v e , P r o c e s s © SI R 6 & flf Jgtt 1 0 3Bc P5t5 D u b n a> F N A L , L B L ^ T f f f c n T S T S D C 1 ] U*l ©A&f&'P (hadron. r > v-)RU£.l$& ¥ (KS K. P> P , d, t ^ ) C O ^ T , *©*a#ts»»riifa««aBi^**iT^s. tn $tco^T*itatwac:fcfcbTs
OLorentz^Fi£^^®f®ffi:E-d3cr/dp3 I J A S i i f t ^ O x ^ j P + ' - ^ G e V#.fc ©&«"(?
E«d3or/dp3 <x> exp(-T/To) fcfc*. (scaling ; S 3 )
3 ) L o r e n t z T O ^ # M & : E - d 3 f f / d p 3 1 ± & ( $ $ © M M ( A ) M l T ^ ^ « t M * l t -=>o I P * N 3 » * W f c « : * * l T V » *«!#•*?« E-d3a/dp3 oo A2/3Tf & * © E f t U T Cumu1ative4K#T?tt E«d3cr/dp3 oo A> 2 E * T J i t ? " * . ( i 5 )
1) 1 fmSJg©density fluctuation("Fluctuon") 2) multi-quark states 3) few-nucleon correlation 4) "coherent" tube(quark-parton^M)
5) NN©short range correlation
* * 1 # * & * I T ^ 3 . ( 1 6 )
fe»EttS#fcfc8rO^**:7©&»^-*«gfttt»2Ei&*.
§ 3 . C u m u 1 a t i v e A & ^ £ $ i : f ( l @ (K E K-C©^Sfc) *CDJi-5«6tlA*»6, C u m u l a t i v e Aft^fef i fcC^BttSr 0 ^ « « * ^ * .
— 73 —
a hadron、γ(e-) 、1
b p、π、K、・・・ (fastbackward particles)
という反応において、図 2に示すように、 Fermi運動をしている按内 "核子" と
の準自由反応では運動学的に禁止されている.領域〈角度、エネルギ一等〉への粒子放出を
伴う反応であり、一般的には後方に放出される高速桂子を測定す弓.
Cumulative Processの実験的研究は 10数年来 Dubna、FN
AL 、LBL等で行われてきており[1 ]種々の入射粒子 (hadron、 γ、 ν〉及び生成粒
子〈 π、K、p、p、 d、 t等〉について、その包含微分断面積が測定されている。それ
らについて特徴的なこととして、
DLorentz不変蝕分断面積:E.d 3σ/dp3は入射桂子のエネルギーが数GeV以上の領域で
入射粒子のエネルギー/種類によらず、
E.d3σノdp3∞ exp(-TlTo)
となる。 (scaI i ng ;図 3)
2)Toパラメーターは放出粒子の種類/放出角度によって異なる。〈図4)
3)Lorentz不変微分断面積:E.d3σ Idp3は標的核の質量数 (A)に対して強い依存性老持
つ。即ち、運動学的に許されている領域では E.d3σ/dp3∞ A2/3であるのに対して
Cumulative領域では E.d3σ Idp3∞ Al.2にまで遣する o (図 5)
等があげられよう。
これら実験データの儀相を説明するためにいくつかの理論的模型が提案されている。
[2]これらの模型では、原子核内部に核子より重い"何か"が生じる原因として、
1) 1 fm程度のdensityfluctuation("Fluctuon")
2) multi-quark states
3) few-nucleon correlation
4) "coherent" tube(quark-parton模型〉
5) NNのshortrange correlation
等が考えられている。〈図 6)
今のところ実験データとしては包含微分断面積がほとんどで、より詳細な議論をする
ためには是非とも新しいタイプの実験データが必要な状況にある。
S3.Cumulative ^粒子生成と偏極 (KE Kでの実験〉
そのような観点から、 Cumulat ve 粒子生成の実験は新しい情報を与え
るものと Uて大変にユニークである。しかし、標的核領域に生成される A粒子の測定は、
1)崩壊バーテックスを精度よく同定ずることの困難。
-73-
2) A-* 7i- p mm* ±&#fi x-miz? % z t © s i t .
•&m3Z*t?&T*r< fe&fcfcU * # f c * C f t £ © H i t * ^ l l R b T : & S > * - £ » f c b T © # £ * » £ * - * Cfc**j&gT?<&*. 3£4> ^ ^ ^ - ^ ^ C - K E K ^ ( U S f ^ y ; U - 7 ' { i K E
4 G e V / c T t / p + 1 2C -> A + X -*• n~ p
jRts©3m*«*rb, *<DjsL^$k&mmittfcmm*miz.btz. $&* ztuz&^x. n
31S*-fey b 7 ^ 7 S 0 7 K * t . ^^-b«y h7'v7liPANCY^A^ h a ^ - ^ t A t f c ? © ! ! ! * * - ^ * * * & & © & » GIF A N C Y rtgPKffl#ii**lfeA—x-y ^ 2 • ?
>X{i57 9 ^ 0L .b^l4O° ^ S 3 . 4 A*> f jigij©fc&© h Vtf —fcttt t* " F A N C Y CDC D C *MM K ifc « H ; # - • * K ^ a - 7 * ( C D H) **2®JH-hfc *y M / T ^ ? " 4 : ^ o S S ^ f t t u b f c o A f t f O H S U
l ) ( 7 t ~ . p ) ^ C D E f f e c t i v e M a s s
K i - a T l r - a f c . M1tRSk%:(DE f f e c t i v e M a s s ^ ^ h /H&E19 t ^ t . fi
5fcfc*£?*-*©Ji?«Tttl*-3T^*e^**N C*l4"e©fB#?$S*<Dgl^a»*IS 1 0 - 1 2
K 5 ? r . L o r e n t 2 ^ « » ^ W i f f a t t f f i < O ^ K a > < 0 & f l J c O « ^ 2 : ^ « J C J t » W » » a i i »
§ 4 . ^ a o ^ f a f c t f - A ^ + ^ i / S o M
2>Af*x * * * - fc «fc * i t l>.
7 a ' 7 7 ^ l ' 5 mm 4
— 74 —
2)A-πp崩壊を大立体角で剖定す弓ことの困難.
などから、従来、泡箱を使用した僅かの実験が行われて来たのみである.従って、系統的
な研究をすすめて行〈ためtこは、是非ともこれらの困難を克服Uてカウンター実験として
の手法を確立することが必要である。我々、筑波大・東大-KEK共同研究グループは KE
KのFANCYスベクトロメータを改良する乙とにより.
4GeV/c π/ p + 12C
→^ + x → πp
反応の実験を遂行し、その包含微分断面積と儒極度を測定した.また、それによって、カ
ウンター実験としての手法を確立し、系統的研究への一歩を踏みだレた。
実験セットアップを図 7に示す。実験セットアップは FANCYスペクトロメータと
A粒子の崩壊バーテックス検出のために FANCY内部に組み込まれたバーテックス・チ
ェンパおよびターゲツト・チヱンバとから構成されている(図 8)0 測定系のアクセブタ
ンスは57・話 e l. ab~1400 である。イベント選別のためのトリガー条件は、" FANCY
のCDC外側にあるトリガー・ホドスコ}プ (CD H)が2個以上ヒットしている"とい
う緩い条件にした。 A粒子の同定は
1) (π¥p)系のEffective Mass
2)崩壊バーテックス
記よって行った。解析結果の Effective Massスベクトルを図9に示す。種
々な制約条件を加えることにより、パックグラシド〈 π¥p)スベクトルの上にA粒子
のピークが際立って来ることが了解されよう。
未だ全データの解析は終っていないが、これまでの解析結果の縫っかを図 10-12
に示す。 Lorentz不変微分断面積は他のハドロンの生成の場合と同様に指数関数的な運動
エネルギー依存性を示している。また、儒極度は後方角度で-0.6という大きな値をもつ
ことが分った。現在、f'ermi運動を取入れた模型による理論計算等と比較検討中である。
~ II .今後の方向とビーム・チャネル等の要望
今後は、
1)標的核の種類による違い.
2)入射エネルギーti:よる遣い。
3) LOの生成と偏極。
老系統的に研究してゆく。このためには、
1)良質のビーム:
プロファイル 5mmφ
-74ー
3£jg 2 - 3 X 1 0 5 p p p x *;l/ 4* ~ 2 ~ 8 G e V / c n=f n / p
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— 75 —
強度
エネルギー
粒子
2.....axl05 ppp
2.....8GeV/c
π/p
2)良質なイベント選別:
Intell gent..Tr gger
CDHの高密度化
ターゲツト・チヱンバのトリガ}への組み込み
が必要であ否。 2)については現在開発中であ否。
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— 7 6 -
図 1、原子核の内部
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U
図2、ハドロン・原子核反応の運動学
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ENERGY (MeV)
図4、Lorentz不変銭分断面積(Toバラメ}夕〉図 5、Lorentz不変微分断面積(A・依存性〉
KINETIC
図3、Lorentz不変微分断面積(Scaling)
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図6、種々の理論的模型
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— 79 —
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図 7、CumuJative ^生成反応研究の実験セットアップ
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図8、バーテックス・チヱンパ
-79ー
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〈条nなし〉
〈崩壊パーテックス長〉
〈φ方向の合致)
〈π・と pの閉角〉
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図 12、A粒子の偏極度 P (cos81. ・b)
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— 83 —
定置を去喝事トロ イダノレス..-::クトロメーーターー
による K 中間モF石汗ヲ宅プログラム
東京大学原子核研究所
山崎 敏光
田村裕和
東京大学理学部
早野飽五
石 川 臨
高エネルギー物理学研究所
今里 純
山本 明
1.緒言一 貴重なK中間子を有効に使おう
ストレンジネスのかかわる索粒子・原子核現象が大変興味ある研究対象
であることは云うまでもないが、これを研究しようとするときいつも悩まさ
れるのが統計の悪さである。ストレンジネスは奇妙にして貴重であるととも
に稀少にして高価でもある。 K中間子ピームを用いて研究するものの心構え
としては、与えられた畳のK中間子に対していかに効率的!と多量のデータを
とるかということにこころがけねばならない。 1980年頃から静止したK+およ
びK田中間子からの荷電粒子の精密スベクトロスコピーを磁気スベクトロメー
ターを用いて行ってきたが、これは全立体角の 1%をとっているにすぎない。
これを抜本的に打開するため、 1986年より 2年計画で超伝導トロイダルスベ
クトロメーターを建設中である。このスベクトロメーターはこれまでのもの
-83-
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1 m Ouler Support rung一寸'
国 1:超電毒事トロイダルスベクトロメーターの慌略図
国 2 新実践liK6チャシネルにおける超電瀞トロイグルスペクトロメータ
ー綬置予ま盟国
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< g x ^ ; u ^ - i K t ^ - e * S ^ t ) ^ A ^ & ' f N & j t ? M 8 ? t l A p / p ~ 0 . 2 % rms
— 85 —
の12倍の立体角をもつので、従来難しかったテーマがこなせるようになる。
この機会にこのスペクトロメーターの概要と研究プログラムを概説しよう。
ここに書かれていない研究に使われるのも大いに結構である。
2.超伝導トロイダルスベクトロメーター
このスベクトロメ}夕}はこれまでKμ，Kμp，S KYと続いている
一連のK中間子実験に使われてきた、いわゆる Kμスペクトロメ}ターを拡
張したものである。 Kμスベクトロメーターの設計基本概念は次のようなも
のである。
1)広い運動量領域 100-300 MeV/c
2)斜め入射を利用した二重収束による大きな立体角 -1% of 4π
3)収束焦点面をもち、カウンター類をコンパクトに配置可能
4)磁石の前面、後面各二対のチ a ンパーにより位子トラジェクトリーの
トラッキングを redundancyをもって行う。
このため、静止K中間子のターゲット領域が大きいにもかかわらず、又
低エネルギー粒子であるにもかかわらず、良好な分解能IIp/p-O.2%rms
を得ている。いわば低エネルギー核物理的やり方と高エネルギー実験のやり
方の長所をあわせもっている。
大立体角で粒子を検出する現代的方法は一様磁場中にシリンドリカルな
ドリフトテェンパーを置くやり方であるが、われわれのような低エネルギー
粒子では多重散乱効果が大きすぎて分解能が上がらず、又偏極ターゲットな
-85ー
£*£affl£B8#fc#§fcV>#&fc#&&;&s£-fS®TN 553^*90° t&mu
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ffi&SM 43 t
— 86 —
どを自由空間中におきたい場合に不都合が生ずるので、発想を90.転換し、
トロイダル磁場を用いるスベクトロメーターをつくることとした。
トロイダル磁場を用いたスベクトロメーターは、いわゆるオレンジ型ベ
ータ線スペクトロメーターにみられるような、理想的なlIr型トロイダル磁
場を用いて完全立体収束をはかるのが常識的であるが、これでは運動量域が
大きくとれないという欠点が生ずる。そこでむしろ鉄磁極を用いでほぼ均一
磁場をつくることとした。いわばKμ スベクトロメーターを12個立体的に並
べたに等しい。起伝導コイルによる磁束はくさび型断面の鉄芯を通過し、こ
ぼれは少なく、又、鉄の総量はKμ スベクトロメーター 1個分にしかならな
い。
現在建設中の超伝導トロイダルスペクトロメーターのレイアウトを図 1
に示す。又、新実験室のK5チャネルにおける予定配置図を図2に示す。ス
ペクトロメーター本体は1986、87の二年度にわたって建造されている。 1989
年、新実験室のK5チャネル完成時に現地に半1/IJで強入、組立設置される。
K5には移動用レールと台車を用意し、その上に磁石、コールドボックス、
測定装置類、等およそ50トンのものが設置される。測定装置類は 1988年度
の科研費でできるだけつくることになる。
1989年中にチューユングを完了、実験を開始する予定である。
超伝導トロイダルスベクトロメーター諸元
ユニット数 12
コイル形状 矩系に近いパンケーキ、外寸約114clI X 111cII
鉄磁極 断面くさび形、磁極間隙 20cm (並行〉
冷却方式 ニ相流強制冷却
定格磁場 1.8 T
定格電流 1550 A
磁石重量 43 t
-86ー
3. m&ttw ( 'W'<-«)
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A Z / W ^~&©fe3:K]%8SE)gf3g
R^r t JOS^- f > < - « * « « ! bfc t L T £* i£ -?te$8£§*it : V 5 C ER
N> B N L ^ * > M t 5 i n - f l i g h t ( K - , ^ ) © x - ^ n ' a ' 3 ' 4 1 > KEK E l 0 4
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tBit t tHSfitMRS £ tASoJfgt^ofco £0$Slf|©8?#f» R.S.Hayano ©
PANIC'87©iS^FlSm[6]> M. Iwasaki© Doctor Thesis171 lz&h<i&'<btl
TV>3O JUL-eiiB&frfcttofcSi** rA©*-?vs/t /u caissoMeV) tra
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ERN©H»tttt«"A«3S< £ • & & * » * £ £ « • * £ t A S H J * * ^ © ^ * * . *>
— 87 —
3.実験計画(ハイパー核〉
現在の知見の範囲内で考えられるものを以下に記す。但し、スペクトロ
メータ一系の完成法1989年になるので、それまでには当然内容の変化が起乙
り得ょう。
A zハイパー核の披本的系統的研究
狭い巾のzハイパー核を観測したとしてこれまでに報告されている CER
N、 BNLにおける in-flight(K-，π〉のデータ (1.2.3.41、KEK EI04
の7xB-tagged (stopped K-， 7xつのデータ (61はともに統計的に貧弱で、 zハ
イパー接に関して按本的検討を加えるという目的には役立たない。 E1 17
ではじめてバイアスのかからない (stoppedr，π)のスベクトルを高い分解
能と統計精度で取ることが可能となった。この結果の解析は R.S.Hayanoの
PANIC'87の招待講演[61、M.Iwasak iの DoctorThesis(71に詳しく述べられ
ている。ここで明らかになった事は、 rAのポテンシャル(深さ 30MeV)と同
程度の深さのポテンシャルの中にzが束縛され、且つl:N-+AN転換が小さ
い」とする従来の描像にもとづき Morimatsu-Yazakiの処方 (8]により real
isticに計算されたスベクトルは実験データを説明出来ないということである。
図8にそのような描像から期待されるスベクトルを示すが、基底状態の探索
を大きな目的とした E1 1 7の実験では束縛された狭い状態が生成されてい
ない。図4から (stoppedK-，π)法で得られた高精度のスベクトルが異なった
ポテンシャルパラメターを見分けるのに如何に威力を発揮するかが分かるで
あろう。l:N→AN転換が小さくポテンシャルがlOMeV程度に深い場合(a)は
明らかに除外され、l:N→AN転換が大きくポテンシャルが浅い場合(b)が妥
当する。一方、これら二つの場合につき in-f]ight反応で予想されるスペクト
ルはそれぞれ(c)，(d)のごとくなり、もちろん両者のパターンは異なるが、 C
ERNの実験は統計が悪くどちらかを見分けることが出来ないのである。わ
-87ー
4 1 — i — i — i — i — I — i — i — i — i — I — i — i — i — i — I — i — i — i — i — i — i — i — i — i — I — i — r
-20 - 1 0 0 10 30 30 BE (MeV)
(stopped K-,JT + ) KJS-Cff&ftSZ-'W A ' - S ^ o a K f i X "
— 88 —
4・ロ伊ロ」-e
a z E
4
3
2
1~ ¥1 V = -20 MeV W = -1 MeV Vls = V}sH
J Jlys，lisai| -20 -10 o 10 20 30
BE (MeV)
図3: (stopped K-.πつ反応で得られる 2・ハイパー核生成の理論予想スペ
クトル。 ~Iこ対するポテンシャルの深さを 20 MeV、 ~N-+AN転換が
小さいと仮定して森松・矢崎の方法によって計算されたもの。
-88ー
t - n U I J I i ' i X V \ £Ltttf*i«tt&tt\ i \ i LfrLiZC0v*-91£Vfr
h It 2 # T v * * ;v ©gg § t ©iR f y i ' t * ^ W ©3& § t & ~ - * fc&
» 5 i l t l i l i l * « ^ ftoT£©ffl8fc&£Dmv>&fclq|*oTiiitf>SJ:£#
(r<RB) ©fl.fc*-o **-? •* * + *#*?)> X-m^om^j&mZMltl.-
; W / < - $ © - $ i t t 5 0 *ft&©ttffiiW\ 2-©»iil3&s&©0»fc&5fi&*>r1i
©im^ipffiibr«a!sna*. zomn^jw » vwm®w*42c a© iS^ lc^ l - ( 0 5 ) o (stopped K",^ + ) Kjf iBi ior cn&**fttff i t t»
* £ - » $ « « ©t?fcLT«©ffi«©iiiiitettAD&att^. i fc i iot , (stopped K-.ff*) ^ ^ n o ^ a tf-»«V»/W/*-tfc!pffi©*ft&'f *»fc
DM©quasi-atonic s t a t e s * ^ ^ ^ S £ " # f t # 8 * i % * . 6 ^ 5 . £©£#>
'He«©/jNtt#fl£3RteHL-Ctt?*--*tt£<2L<, SUS©*'** hn
©*l2ftffl£2nS±-emgT'4&So *fc^ 4He(K-,w + l n©*-<* h ; ^ i
(stopped K-,ff-)fc<fc*Z + /2a&©Sf&^fcfct^t*5fc$&©|!aji#
W5 Ij-efcftVtfN Jsl±©ai&{*conventional^^T^'> • /u^y'/HS
S«5treal 1st ic*atff*Ufc±"C©^©^ Jm-CSSWtf*ttV»||«3Bft*t
jiofr*?gtBtttta*is»£©ft"&a&iiia"c**.
— 89 —
れわれの実験データを説明す・るには、 o玄のポテンシャルが非常に浅くて08
状飽を束縛できない、又は 10束縛したとしても1:N→AN転換が大きくて
ピークとしては見えない、としなければならない。しかしt2cのデータだけか
らはzポテンシャルの深さと吸収ポテンシャル項Wの強さとをユニークに決
めることは出来ない。従ってこの研究をより重い核に向かつて進めることが
重要である。
特にZーの場合、強相互作用ポテンシャルがたとえ浅くても大きなクーロ
シ力に助けられて束縛状態が生ずる。1:-核の特徴としては強い相互作用領塙
(r<RB)の外にクーロンポテンシャルがあり、l:-原子の深い束縛状態は2・
ハイパー核の一部となる。それらの状態は、 zーの軌道が核の外にある限り巾
の狭い準位として観測されうる。この様なハイブリッド状態の例を411C aの
場合に示す〈図 5)0 (stopped K-.πつ反応によってこれら束縛状態は強
く生成すると期待される。この様なスベクトルを実測すれば、l:-ポテンシャ
ルの実部、虚部に関して重要な知見を与えるに遣いない。 2・原子のx線スペ
クトロスコピーでは、吸収による巾が X線の転移帽より大きくなったところ
でL-ほ消誠するので決して核の近傍の軌道には入り込めない。したがって、
(stopped K-，πつスペクトロスコピーは深いハイパー核準位のみならずかな
り内部のquasi-atomicstatesを研究する有力な手段と考えられる。このため
に本計画のスペクトロメーターは威力を発揮するであろう。
4Heまでの小数多体系に関してはデータは全〈乏しく、現在のスペクトロ
メーターで4He(K-， π ー )~e、 4.Heのスペクトロスコピーを行うことも計画されL'-' 1¥
ている。それがどの様に進行しようとも、将来上記反応の精密測定はz粒子
の相互作用を知る上で重要である。また、 4He(K-， π+~~nのスベクトルも興
味深い。
(stopped K-.πつによるl:+/L日;核の研究でもほとんど未解決の問題が
横たわっており、将来にわたって奥深い重要なテーマとなっている。
言うまでもないが、以上の議論はconventionalなポテンシャルモデルに
基づきrealisticな計算をした上でのもので、これで説明できない異常現象が
見つかる可能性は我々実験家の待ち望むところである。
-89ー
2000
1500
1000
500
(a) Stopped K
V=-10MeV, Vls=0 No conversion
25
20
15
10
5
0
(c) 450 MeV/c
V=-10MeV, Vls=0 No conversion
(b) Stopped K
V=-5MeV, Vls=0 Conversion 5MeV.
(d) 450MeV/c
V=-5MeV, Vls=0 . Conversion 5MeV
270 280 290 300 M(HY) - M(A) (MeV)
270 280 290 300 M(HY) - M(A) (MeV)
EI4 : Ca)(b)»BIf |Uc^^UT4-«-ff lO*"fWtW7«-ti;N-*AN«gJft^
&<55£Lfcti<0 Morl»atsu-Yazaki te«fc 3,2C(stopped r . ; r + ) x ^
So (cXdXiin flight ,2C(K-.w + ) Kl&OllftX'?^ h * (Regens
burg SOv-T'fc.fcS) -C(a)(b)t|H|U* »'^M* W»-*{KJEl/-C^*.
C E R NOSHfc*^ * h * £ J*t& UT V>* ff W.d)*Kai*- 5 £ £ tf
tB5fctt^0
— 90-
2000 r
(a) V=-5YeV. Vls=O
1500ト stoppedK V=-lω ，ms=oi(b) No conversion 4-Stopped K Conversion 5MeV
1000
500
r ~ゆ50 Bo 5 MeV子。V=-5MeV. Vls=O
No conversion 1 450MeV/c Conversion 5YeV L
20
15
10
5
。且冒・ 1_11 ::1.1・・ 司
290 270 280 290 300 270 280 M(HY)四 M(A)(MeV) M(町 )-M仏)(MeV)
図4: (a)(b)は国中に表示して去る二組のがη抑制.ラメトと ~N→AN転換率
を仮定したときの MorlIatsu-Vazak 1 による 12C(stopped K-.πつスペ
クトルの盟論曲鶴で、実験値と比較してある.明らかに(a)は除外され
る。 (c)(d)はlntlhht 12C(K-，πつ反応の理論スペクトル (Regens
burg グループによる〉で(a)(b) と同じ事~'.'-;: t JI\" ヲメ~-を仮定している。
CERNの実験スペクトルと比較している'1.i'~，:.)'~d)を区別することが
出来ない。
-90ー
300
40Ca(K~,Tr+)|?Ar
Hypernuclear energy
Population intensity
Z~ Potential
l / 0 = - 1 0 M e V W 0 = - 3 M e V
Density
Z " Absorptive potential
— 91 —
Population mtensl'ty
40Ca(K-，官+)竺Ar
Hypernuclear energy fl:-Potential
0 3d
MeV
， in fm
10
Coulomb
z-Absorptive potential 01 : 7'""-
-5
Vo= -10MeV Mも=-3MeV
r in fm 10
図5 クーロン力に助けられたハイプリッド状簡の例。
4日制K-.1l +)~Ar 反応で予想される1:，-ハイパー核のスペクトルと、
玄"のポテシシャル。 2・の強い相互作用のポテシシャルが浅くても〈
深さ lOMeV)、深いクーロンポテンシャルに助けられて束縛状態が生ず
る。浅い束縛状態はクーロンポテンシャルのため軌道が核外へ大きく
広がり、 !.A転換がおとりにくくなり巾の狭い杭躍が出来る。
-91ー
15
B A^W /*-«<D3K«felKnBf%
(stopped K" ,*" )££»> q~260MeV/c*Cft«-2#&tt*#<&^<D£Sfr
M&fif&#$$&fl^ #£&<Onon-substitutional:fcA$#ffi&!B-'<<&©fc
f t * * * .
O s R t f p ttfigt* Matsuyaaa-Yazaki ©t t2Nt t 9 1 J: 0 * * # : & £ $ 5 * * 8
•PCiAJt>A>o-C§7to g)St t«S&*^fCA©3Sa!J&3;&S3^*©fcai /
« j f i © - a © ^ K i © m ^ & ^ & A ^ % : o f c ^ » s r©8&JRfc> A'W><
-&©jt#*Mte£$u en r-ifctfir#33j$ig&jS«:L-cassia* ^ ^ ^ h;v±©tr-^^6iH^tB^«<i t"C*5 (06) o Sfc&^tfjtttr - * H\
4H -» 4He + n- (p = 132MeV/c) A it
fc<fc 3 *>©•??> <H£$a«:£iRiK©0.88Xt><&!K , 2 C$©*MM"?£$** a A
ttSo £^B#fc 9 Be©r# i3J&J&te«k ;5 &-£ -**> x-rrt / j ; B ' / O H U A
# f c * g t e & & & f t S M a i £ d £ f r £ » ^CCK-.w-)1 .8^ #<fctf A
— 92 —
B Aハイパー核の系続的研究
(stopped K-，πつ反応は、 q-260MeV/oで特徴づttられる中くらいの運動
量移行を伴う過程で、中重核のnon-substitutionalなA核箪位を調べるのに
適している。同様な精神で(πヘX+)反応が可能で現在進行中であるが、後者
はより高い角運動量移行に選択的で、両者は相補的である。高いエネルギー
分解能で統計精度の良いデータを取るには本計画のスベクトロメーターが適
している。
E1l7でとられたスペクトルの一例を図 8に示す。直接過程で生成するA
の s及び p状態は Matsuya.a-Yazakiの計算値 [9lよりも大きな生成事を持
つことがわかってきた。基底状態をタグしてAの弱崩壊等を調べるのに適し
ている。
c. ^ハイパー核基底噂位の生成と πー放出二体調崩趨スベクトロスコピー
最近の一連の実験結果から明らかとなった事は、 rの吸収後、 Aハイパ
ー核破片が大量に生成し、それらがπ-放出二体調崩壊を起こしていることが
スペクトル上のピークから同定出来ることである〈図6)。最も典型的なピ
ークは、
AH→.tHe +γ(pπ=問削/0)
によるもので、ρ生成量は全吸収のO.附もあり、 12C核の外側で生成する α
クラスターによる r吸収を考えてもとてもこの畳を説明出来ないと考えら
れる。ま穴同時に丈Beのこ体ijJ崩壊による f ピークもエマルジ aンの実験
中に大量に認められる t1Blところから、 12C(K-.πー)1.. 2C、 およびA
12C(K-.π日)1.2 Bにより 1.2 C. 1.2 Bの励起状態が生成したのちこれが複合核、 A~' A
r 的に崩域し、 ~Hや9 弓 e などのハイパー核破砕片を含む終状態を形成するとAU
.' 1¥
-92ー
(CH)n ( Stopped K", TT~ )
§ •v . •3 o
8000 —
6000
4000
2000 —
T 1 1 1 r r-
132 MeV/c
T 1 1 r
1500
100
K" p •+ 2+ «T ft 181 MeV/c
i, ,v S imula t ion g 0 0
'»•• ( to ta l )
T P
(P3/2_1» P) •261 MeV/c —
(Pa/z" . s) —' 273 MeV/c
J I L-
150 200 Momentum (MeV/c)
250 300
18 : E 1 1 7t?j|&nfc^CSW-C<0 (stopped It,if) ©*-<* b ;U.
— 93 —
π一)(CH)n ( Stopped K二
(P3ノ2-tp)261 MeV/c
(PS/2-¥ s)
12AC
1500 ↓β →匂e11'-
132 'J:l.eV/c 8000
6000
2000
4000
(ο¥包冨
VEgou
300 250 200 Momentum (M.eV/c)
150 o 100
図6:El17で得られf・1.2C観的での (stoppedK-. zrつのスペクトル.A
直接過程で生成したt2Cの s紋態と p状態が観測された。 K-吸収で
生じたAハイパー被破片の一つ4.Hの一体崩織のzr-も見えている.1¥.&-'-
-93ー
Decay from
continuum <
Be
JH
Direct population,
of 13^
P3/2 »P 1/2
P3/2.P3/8
PS/2.S1/2
0+. 2+ , 2 +
~ l"(g.s . )
g.s.
g.s.
0 0.5 1.0 1.5
Production yield per K~(10-2)
17 : , aC&WC©»lLK- IRJRK«J:S « B e i 4 H'W -*-&©&Ji)4^<,
A A
J*&©fc»iti8J*jS (stopped K-.ff") t?£fi!4,$-512C©2o©j&|3
ttflg©£fifc#fcitf3ttT\.>5o &ffi*tt* ajfi©KEK©H*&*S8li%
— 94 —
Decay
仕omcontinuum
iBe
知
除 ect|Fみ，Pl舟pop叫auoa bya，ps舟 l
of
g.s.
g.s.
。+2+， 2+
1A2h U
lpzya，S1Jaト 1ー(g.s.)
。 0.5 1.0 1.5
Production yield per Ir(10-可
図7:12C榎的での静止K-眠収による由 Beと .Hハイパー按の生成率。
^ ^ 比較のため直接反応 (stoppedK-tπつで生成する 12Cの2つの束縛
状般の生成率も示されている。生成率は、最近のKEKの実験結果と、
普のエマルジ圃シの実駿結果ttBJをもとに得られた。
-94-
%*S£ £#&**„ 5U *MfcBi*3!|C,^?Be&#ZN-*AN$igU*:*
tA*$tiwiGm*mj&L^ m&to\zmx<DA&:m&Vi.mz.mm?%zt*>
^ t t ^ & J j E ' T i ^ J i & t l S o ^fiffcttfc emulsion, bubble chamber©
7*-*«> K-fc<fcoT&tf&£ttfcstr{.nge quark©a*SC 9 ©SJS# (MV>t£
-t?t*50%< €»^) # & # T ? ? E & i : t & ^ L T ^ * c , n o £©&tt^£l&8S&;t
tt«U mmfcfcnz** ***&$> e>t>nZU*Km&mft* quasi-free
continuun t ^ A T ^ S . : t ttfrft D^ct ftg|JS?:fc&&HJ LTV> S i f f c ?
5£*:fcV>o " quasi-free continuum" tcftfS^ £2£3£*f©'W -< o v J ig
?t®^^-So -fi«ss*ftfc/N-f-<nvati6tt^.^a«faj^fli^tt«A
Ste/j\3v»©T?**o *>133> > A ^ o y i g f ^ i i i i a f f i S M S
fcfc©) jb»&Jt}2£*t3 A©nean free pathii 2 f i t ?* !K M ^ n v f t d
fc*tU +S8rett»MH©«;Pttai ( i i l t n ) ^HTftip^So £©*§ 3kW.mRfc®yield£ Q -f ** £ * * < A S K t t l M f 5 i l i K « 5 , §g|&fc
x v ^ ^ B y + " C « W * n f c A9Be-*9B + * - © * - * « > *-JB«dHfcJfc#
A 0.1©order-C*5 C &$3d t fcAi iS £% K-«JK©ttX©&JiM*-C^e*«£U
ja±©«S*»6% *a« te« j^ r» % 'J\&©S£©A£J3fttB*s*fifi: &$L> *ft&© tf-fifctB-ftllJ&^tte<fc5discrete peak*^ /J\*tt»-ffl|iB
— 95 —
考えることが出来る。又、大量に出来る ~C. ~2Be核が~N→AN崩壊したあ~~. ~-
とAを含む複合核を生成し、最終的に種々のA核基底状態に到速することも
大きな寄与を成すと考えられる。昔行われた emulsion. bubble chamberの
データは、 Eーによって運び込まれたstrtl"geQU8ikのかなりの部分〈重い核
では60%くらい)が核中で死ぬことを示している[ItJ。この様な事実を踏まえ
れば、直接反応Zスベクトル中lとあらわれる巨大な連続部分を quasi由 free
continuulDと呼んでいることはかなり大きな誤解を生み出していると言わざ
るをえない。"quasi-free continuum"に対応する非束縛のハイベロンは自
由空聞に飛び出すとは限らず、幾何学的に言ってもその半分くらいは核内核
子と衝突する。ー旦衝突を経たハイペロンが自ら核外へ適げ出す確率はだん
だんと小さくなり、余分のエネルギーは核子によヲて持ち去られる確率が大
きくなる。複合核が形成されたらハイベロシが外ヘ抜け出す統計的確率は非
常に小さいのである。もちろん、ハイベロンと核子または按との相互作用は
良く分かっていないが、実験値σ=301lb(衝突後のパウリ禁制効果を取り入れ
たもの)から推定される AのDleanfree pathは 21mであり、ハイベロシを含
む槙合核が生成されやすいと考えられる [t2]。
軽い核においてハイ伊ペロン複合核はα位子を含む破片に分裂しやすいの
に対し、中重核では数個の核子放出〈主として n)を経て冷却する。この結
果直接反応のyieldよりずっと大きく A基底状態が生ずることになる。実際に
エマルジ g ン中で観測された ~Be-gB +πーのデータは、 πー崩壇分岐比がA
0.1のorderである ζ とを考慮に入れると、 K-吸収の数%の生成率で交eが生じ
ていることを示している〈図 7)。
以上の推察から、中重核においては、小数の種類のA基底状態が大量に
生成し、それらの πー放出二体弱崩壊による discretepeakが、小さな 1l-崩境
分岐比にもかかわらず観測できる可能性が高い。
二体崩壊πーピークが現れる領域はP_ -100 MeV/c近辺であるので、本計π
画のスペクトロメーターを弱く励磁しターゲットを適当な厚さにすれば、実
験に最適な条件が得られる。
-95-
* © & : & 7 r - t f - * # « $ j $ f t f c i * t t t f * < D : S t g H i ; * ; £ V > „
1) B A # * f i l f f i g 3 £ : & U t e & £ ' C ^ • S t t ' C O A r t ^ y S ' i ' J U c o ^ ' C
2) •eoic/non-iesicjai&Ji#&£"?$> A S l £ t t ® © i & i & K I » f c o ^ T © m
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•esic decay © # f t J f c # * S ^ t ©!aBB*ftr>TV>:&# I 1 3 \ HJfcoT
3) ^ © t f - ^ - e t a g S t i f c ^ v ^ i l S x ^ ^ WU&IXSC. i*JH33K% E I 8 f c ^ , T « t a f c ^ ^ © ^ ^ v i | 8 * ^ ' i r - K t e - P ^ r © » i m A ^ € > n S o (1963
GugelotfiUS> AM** *»\zm&?&&&*£&'m?M%&(0&*>*.*
ft£.m® # vr& * * 4— K &*tSl £ * 5 £ t fc <fc 0 MMftii®# t> fc
^ • ^ ^ h oxafcf — j t?% ^ © r - f V ? — © $ $ ! # ; / - r l g x ' ? * h P X 3 £
-t«K*CV>50 Delayed partrt?tfJi*U**Sp*#©iP?2ft * 4 T 4 ^ © ' < v * ^
99* KttbR«jiB*fcj:*fc©;Ey*aiR'rs£&#!a**0 §H£±i*> A ^ •* ^ * - ^ f f l ^ ^ £ instrunentalttl$58#JI¥t&fc$# b T if £ * -etfi* 5
^ © f f X ^ : ? \- )V bffimi- * * fr® n ***• 9 V )V t © f f i H * K 5 £ £ # & &
£o — ^ i U S ^ * ^-^©^-feseBi-leptonic decay A - * P + e + v *^%
U A I = 1/2 rule £*>;&>*> 5 59 life # 6 5 £ b fctfJ&J: $„ $fc> A ^
^^-^SJg^^*^fig'r5fei6fc«-'fiaKiii^tj:jag-et^t>«:^©^ $5fc associated production (?r% K+)Ml£&<£ Snlt&&t> * S , P =1.04
— 96 —
その様な1&-ピークが観測されたとすればその意義は大きい。
1) BA
が不確定要素なしに決定でき、中重接でのAポテンシャルについて
決定的な知見が得られる。
2) .eoic/non-.esic崩壊比が決定でき、 A基底状態の波動関数についての重
要な情報が得られる。
注〉えM 崩壊に関して北大グループはAが4He接コアの外側にあるため
・esicdecafの分岐比が大きいとの説明を行っているが[l3J、当たって
いるかも知れない。 π・崩壊分岐比は内部状態に非常に敏感である。
め そのピークでtagされたガンマ線スベクトルを取ることが出来、図8に示
すように主流のガンマ線カスケードについての知見が得られる。 (1963
年以前、核のガンマ舘スベクトロスコピーはもっぱらベータ崩域、また
は直接核反応に頼っていて貧弱な情報しか得られなかった。 森永 田
Gugelot以来、入射チャネルに頼らず複合核些成・核子蒸発後の最も大き
な主流のガンマ線カスケードを対象とすることにより画期的進展がもた
らされた事に注意を喚起したい〉
Aハイパー核の弱崩壊スペクトロスコピーは、原理的には r混延放射緯
スベクトロスコピーJで、核のアイソマーの崩槙ガンマ線スベクトロスコピ
ーと似ている。 Delsyedpartだけ見れほ大部分の即売性π中間子のパックグ
ラウンドなしに弱崩壊によるものだけを選択することが出来る。実際上は、
Aハイパー核の寿命と instrulentalな時間分解能に依存してどこまで出来る
か決って来る。今後の展開に負うところが多い。
本トロイダルスペクトロメーターのような系ではハイパー核生成チャネ
ルの πスペクトルと崩壊チャネルの πスベクトルとの相関を取ることが出来
る。一方、崩壊チャネルのうちsemi-leptonicdecaf 1¥時p+ e +ν を同定.
し、h..1 = 1/2 ruleにかかわる問題を攻めることも出来ょう。また、 Aハ
イパー核基底状態を生成するためには一般にはどんな過程でも構わないので、
将来 associatedproduction (1&ヘ K+)反応を使う可能性もある~ pπ=1.04
-96ー
K absorption)
Particle emission
( P ,n ,a , )
1 ' 1
I
Z ^ N
Pionic weak decay
( s, p wave)
z +|A N
— 97 —
.l
Pionic weak
A
z' 'N
z +，A N
図8:K-暁収で生成するハイペロシ複合核から蒸発過租・ガンマ線道移を
.経て生じたAハイパー核の基底状簡が、弱い相互作用で崩域する。二
体の π・崩墳でta8することにより、ハイパー核の γ線スペク.トロスコ
ピーが可能になる。
-97ー
mm&*5zh <338i8agfc* s t>©#*$#* JXS $„ c©<t aftut*©
i ©taW£]» S £ 1t> oJtB h is. *„
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HK^)8#f©i i fT i* fcHteJ i JSU*C^<oI t l t e^*5o £ft&©SUS*i£
ffb, ' W *n>m¥®ttnttmK.'O^X<!)£#&*nZ\Z\$*i£frt£V0
So fiU 100%iffiV photon veto l i M ^ f i - J f c & S t ft So
. . . - r»
(235MeV/c) ®Ml*af t lOOX&ftU &*lTl*Stf* £&!*33ttm (RHC)
/*
«©«f»WJg*»&0.5KJ»T£3ft<» a * * # » / ^ O K f i © ± I R 3 W 400GeVS
H i * > § J l ? ) t l t V 5 ^ £ f t » strangeness ©2g t )&f t : ^^^ j iS*e©S
t ? * S o
AS=1 ©i3i§H©3&3» AS = 0 ©*f t© SXLfett^tf* RHCfcov>
©T?&So fcU frDfc 0OR - nil tf&*-*l£RHCtt AS=0 &&"?&$
— 98 —
GeV/cでrの同定のみを行い、横方向に放出される 1l-を検出すれば100MeV/c
領域はおそらく弱崩填過程によるものが大部分となろう。このような実験の
ためには本計画のトロイダルスベクトロメーターは理想的である。また、更
にストレンジネス生成テャネルの〈π¥K+)スベクトルと弱崩壊πースベクトル
との相闘を取ることも可能となる。 i
以上がEl17/166の結果、新たに認識された問題意舗で、現在の
実駿や解析の進行と共に吏に進展してゆく可能性がある。これらの課題を遂
行し、ハイペロン原子核相互作用についての全体像を得るにはまだかなりの
年月を要しょうが、そのために本計画のスベクトロメーター系が果たす役割
は極めて大きく、また、世界的に全〈ユニークな傾域を切り聞いてゆ砂る位
置にある。
4.実験計画 (K中間子崩壊〉
Kμ スペクトロメーターで行ってきたK+中間子のエキゾチック崩壊
K+ーーμ+νHU4J ーーπ+X 0[16J やK+ーーμ+ν で生成する μ+の偏極の精μ
密測定[18Jなども新しいスペクトロメーターで継承・発展できるテーマであ
る。但し、 100%近い photonvetoは幾何学的に無理となる。
例としてμ+の縦偏極の測定をとろう。 K+"μ+νμ崩壊の単色μ+
(235MeV/c)の偏極は通常100%と信Uられているが、右巻き弱電流 (RHC)
が混入していれば減ることになる。 RHCの上限は π、μ+ら崩壊のμ+の偏
極の精密測定から0.5%以下とされ、右巻きポゾンの質量の上限が 400GeV程
度とおさえられているが、これは strangenessの変わらない崩壊過程での話
である。
AS=1の弱過程の強さは sS=Oのそれの 5%しかないが、 RHCについ
ては何もわかっていない。云いかえれば右巻き世界のカピポ角 80Rは不明な
のである。もし、かりに θ。R_π/2だとすればRHCはム8=0過程ではあ
-98ー
235MeV/c^+©<gffi*l«<0^fgP-??^i&SJltA^#tl«RHCteSI^a«fL\^
1982£Pfc*f fcftfcKE K 7 ? O ^ K t , e l ISaSffiSlgi I t l 9S&T&&SE
S f M * ^ * F o ^ - ? - $ 235MeV/c « • 0 * ^ ? j '-KJsHitK, t feSm-
t£fclO&JgU:fc:&S„ fiU /**£•£*&*;*&> /z-e8Hg$«Dt|5g&fcX;*c&
1. R.Bertini et a]., Phys. Lett. 90B (1980) 375.
2. H.Piekarz et al., Phys. Lett. HOB (1982) 428.
3. R.Bertini et al., Phys. Lett. 136B (1984) 29.
4. R.Bertini et al., Phys. Lett. 158B (1985) 19.
5. T.Yanazaki et al., Phys. Rev. Lett. 54 (1985) 102.
6. R.S.Hayano, 11th Int. Conf. on Particle and Nuclei, Kyoto (1987).
7. M.Iwasaki, Thesis, Univ. of Tokyo, 1387.
8. O.Morisatsu and K.Yazaki, Proc. 1986 INS int. Syap. on Hyper-
nuclear physics, Tokyo, Japan, 1986; to be published.
9. A.Matsuyaaa and K.Yazaki, Contributed paper M25 to the 10th Int.
Conf. on Particles and Nuclei, Heidelberg (1984);to be published.
10. G.Boha et al, Nucl. Phys. B4 (1968) 511.
11. M.Csejthey-Barth et al., Nucl. Phys. B14 (1969) 330.
12. T.Yaiazaki, INS Report 658 (Nov, 1987), to be published in Proc.
Enrico Ferai Suiier School, (Varenna, June 1987).
13. Y.Kurihara, Y.Akaishi and H.Tanaka, Phys. Rev. C31 (1985) 971.
14. R.S. Hayano et al., Phys. Rev. Lett. 49 (1982) 1305.
15..T.Yanazaki et al., Phys. Rev. Lett. 52 (1984) 1089.
16. R.S. Hayano et al., Phys. Rev Lett. 52 (1984) 329.
_ q q _
らわれず、 aS=1過程に顔を出すことになる。 左右対称模型を仮定すると、
235MeV/cμ+の偏極を1%の精度で決めることができればRHCに関する新しい知
見をうることができる。
1982年に行われたKEKでの実践tt81は系統誤差として 1%以下を保証
したが統計の悪さから答はPμ=ー0.97土0.05が得られたにとどまっている。
新型スベクトロメーターを 235MeV/cμ+のセレクターに使えば、統計ほ一
挙に 10倍以上になる。但し、 μ+をとめる方法、 μ→e崩壊の測定法に工夫を
要する。
番考文献
1. R.Bertini et al.， Phys. Lett. 908 (1980) 375.
2. H.Piekarz et al.. PhYs. Lett. 110B (1982) 428.
3. R.Bertini et al.. Phys. Lett. 136B (1984) 29.
4. R.Bertini et al.. PhYs. Lett. 1588 (1985) 19.
5. T.Yalazaki et al.. PhYs. Rev. Lett. 54 (1985) 102.
6. R.S.HaJano. 11th Int. Conf. on Particle and Nuclei， KJoto (1987).
7. M.lwasaki. Thesis， Univ. of TokYo. lB87.
8. O.Morilatsu and K.Yazaki. Proc. 1986 INS int. SYIP. on Hyper-
nuclear physics， TokYo， Japan， 1986; to be published.
9. A.Matsuyaaa and K.Yazaki， Contrlbuted paper M25 to the 10th Int.
Conf. on Particles and Nuclei， Heidelberg (1984);to be published.
10. G.Bohl et al， Nucl. Phys. 84 (1968) 511.
11. M.Csejthey-Barth et al.， Nucl. Phys. B14 (1969) 330.
12. T.Ya・azakl，INS Report 658 (Nov， 1987)， to be published ln Proc.
Enrlco Ferli SUller School， (Varenna. June 1987).
13. Y.Kurihara， Y.Akaishi and H.Tanaka， Phys. Rev. C31 (1985) 971.
14. R.S. Hayano et al.， Phys. Rev. Lett. 49 (1982) 1305.
.15. J. Y8Iazaki et al.， Phys. Rev. Lett. 52 (1984) 1089.
ls. R. SιHayano et al.， Phys. Rev Lett. 52 (1984) 329.
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K E K 61 *S if % A K P y mm. £ H tft^K o T
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1 . K E K K i ^ ^ A K n ^ f t l o ^ t
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^-£«feo£©q qmaWmtiiftlZb -5§o ^ f c ^ M ? * - * © " ^ ! * ^
— 100 —
KEKにおけるハドロシ物理と H粒子について
高エ研
1. K E Kにおけるハドロン物理の今後
都留常BI
標準模型についてこれといった異常が見つからない現在において、標準模型を
越え弓現象を捜すことの重要性は言うまでもないが、標準模型の枠内においてそ
の検認をじっ〈りと行う乙とも軽視しではならないであろう o 1 974，年の Jノ
?の発見以来の 10年以上の華々しい成果に目を奪われて地道な研究を軽視しが
ちな雰囲気になっているように思うのであるがどうであろうか?
ハドロン物理においてはいうまでもなく QCDの検証ということになるがこれ
には 2つの方向がある。 1つはハドロンの構造を究めようとするものであり、も
1つはハドロンのダイナミックスを調べようとす弓ものである。前者については
我々はハドロンスベクトロスコピー実験を系統的託行い成果を上げてきた.なか
でもエクゾチックなかんずくグルーボール探索に重点を置いてきた。今後はハイ
プリッドを含め Jo 0エクゾチック〈決して q司ではありえない状態〉の探索が重
要になってきているように思える。文ARりングでの実験の可能性が高まってい
るように見えるが Qqスベクトロスコピーは 1つの狙い目である.ポテンシャル
模型のよく合う QQと qqとの橋渡しの役割を Q ヨスベクトロスコピーは果たす
であろう。ところで、 QCD検証のもう 1つの方向であるハドロンのダイナミッ
クスを調べる方向であるが、どちらかというと軽視されてきた。地味ではあるが、
特にスピンの効果の寄与した反応を調べることによって新しい情報を獲得しうる
可能性がある。 Krish(Hichigan U.)の p↑p ↑の実験はその典型であろう。偏
極ビーム、偏極標的を有する KEKはこの場合重要な役割を演ずることが出来る
であろう。
エキゾチック探索は、 QCDの主張するグルーオンの自由度の存在の検証、ク
オーク封じ込めの問題への挑戦を狙いとしている。具体的には前者はグルーポー
ル、ハイプリッドの存在のテストであり、後者は多重クオークの存在のテストな
どである。ハドロンは外からみれば白くなければいけないが、多重クオークのな
かでは色つきの qミ等の状態が存在しうる。すなわち多重クオークの中では部分
的に封じ込めが壊れていてもよい。この点に興味がある。
多重ク才ークという乙とではメゾンとバリオンの 2つの場合が考えられる。メ
-100ー
# HI l i f t £ £ CD H fit?(D^ fc & o T e £ b fe l^o
2 . H & ^ i r t t ?
H 8 f t t u u d d 8 S * $ a 5 B = 2 , S = - 2 , 1 = 0 . J = 0 + ©«flRT
AA©g&jg#gsi **-f A » ;*>* : •?«*!,*
0 3 o i < # ^ ^ n 5 ^ ftfc bTt t»^£«4K»©«b©K:#K:!Bl t ta i<6 3o SI l
§ nJftBtt*** ^o H-dybaryoni: ^ - 5 1 1 ^ ^ $ **« E Jittbaryon** 2 o fcl*$ -f
tii*m»#:
38^m»tt» Ll
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u s
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\ v
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— 101 —
ゾシについては 4クオーク、バリオンについては 5クオーク、 6クオーク等があ
りうるが、最近注目されているものに H粒子と呼ばれる 6クオーク状態がある。
今回は特はこの H粒子の探索に絞って話をしたい。
2. H粒子とは?
H粒子は uu d d s sからなる B=2，S=一2，1 = 0、 J=O+の状態で
^^の束縛状態と考えられている。^^の作る状態としては
^^の励起状態 ダイバリオンと呼ばれる
弱い束縛状態 重陽子型 束縛エネルギー 2 M e V程度
強い束縛状態 6ークオーク状態
の 3つが考えられるが、私としては強い束縛状態のものに特記興味がある。図 1
に見るように弱い束縛状態では 2つの八が本来の性質を失わずに殆ど残っており
波動関数も多分裾が少しオーヴァーラップしている程度であろう。ー方強い束縛
ー状態では Aは本来の属性を喪失し、 6つのクオークがバラバラに混じりあってい
る可能性がある。 H-dybaryonという言い方があるがこれはbaryonが2つというイ
メ}ジであり、励起状態に相当し、 6クオーク状態は Hー桂子と呼んで区別すべ
きであろう。
弱い束縛状態
，----ー¥¥/-------¥¥
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強い束縛状態¥l，llj/
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図 1
-101ー
£ £ 3 ^ 4 3 tUKE K-(* Btl *> ft & A F D > 8 7 S H & » K * J ^ T £ « # - f t (
&$:*:) fct&^QCD %ff l^Tuuddss«^i t^% ? ) B i l ^ » x ^ ; i / + - - S ^ ^ T
V>3nr&tt*<&S Zmgbtz. ^i&tH^titilSiX. C l ] -e«tH©SCfifcJtnn ( 1
8 8 0 M e V ) J; S " M > * ^ P l t B t t # i § ^ i : £ f t T V ' 3 . £ ft lift < £ 211 T-
3 . H & ? © M £
Htt*UK R.Jaffei* 1 9 7 7 #KMIT bag model £ ffl TStJ* b [ 2 ] A A «
tt**3!»tttti:bT#ft*-*orfigtt©&* Zt%fliffibt<L<Dlztet « . z©l$H
K*tt2150MeVTfAAR*2230MevfcftbT80MeVte*»ofc. 1985^Mackenzie et
a l . ttt&:pQCD-ei62Xl2xl 8 ©fc*"*?«•# b [ 3 ] Hf tS t tAAft
fi (2230MeV) J ; ! J ^ ^ ^ J : = & S l / f e , fc £ 3i*J:flB b fe «k 3 K^ipte t t -aTf t
*^CCE)yjl"-7,*«rai; < f e ? Q C D " e 1 6 3 x 4 8 © f t : f * J i ^ T K - » l / C 13 *
H g l J : b T 1 8 5 OMeV£^*fco 2 ft tit n n g i J ; 0 3 0 M e V g ^ S i ' .
£ © « k 3 f c / h * f c f f i t t H * * ^ £ £ $ £ T * * c t%&®b. *k&^t*i*®fi
*p<Dn®mmtw,mbte^i»t^om$*$Lb%> SWK&KJ;** e n , fcofcfc3oi>{fliHtt»*»*©&»T?« J), ^ © S S f r t t S f c S ^ t f f c 1 O30
p p-> H+e+ + e + + v + v ©fiffi*«#£ bffi^eEttJft*-*-*. tfc^ T £ © « ! *
© 5 g $ £ b $*c to««fc fc^* t , S « f t 6 © H - * K « f c * f c K : P J » * © £ » £ « «
fftbfcV»i:©t:i:T?&*.
4 . H © t t H
H©K«fc^ffifc |f l*b»yx;l/©iaite*ll |2fc35*-. AA ( 2 2 3 0 ) <k 9 *:
t t t f t t f s t rong decay* jg£ b ig #J£ < & *) ® S < & W An ( 2 0 5 5 ) A!)
±M ft tltf AS = 1 ©weak decay* S £ b . n n ( 1 8 8 0 ) J# ±-£ <& ft MT A S
= 2 ©weak decay* jg £ b o 5 , J»K&*sfc «fc 5 £» n n U ( T T S I i a : ? f t l : « :
3 , H 3 {Jl A S = 2©Feynmann diagrara©0ijfe^-r. M 4 luDonoghuefc ©f+3£ b
fcweak decay© « ^ © I S * «**?*- . C O 5 l * 8 * 6 * | i t * k H * i l 8 H 0 » l
* - e a * S f c t t H 3 i ^ * S C i : S w b - C ^ « « k d K f i i t * . «fe>b*Stt£HUtMi
ssing Mass&T b A ^ a j t b * * ^ to % b ft fcV. *>-3 i: 5f|g© <fc V>-H ©#<&{g©
Sl f t t t t f t f t l - t fMSf tTV*.
ところで 4月に KEKで聞かれたハドロン 87国際会議において岩崎洋一氏〈
筑波大〉は格子QCDを用いてuuddss状態はかなり強い束縛エネルギーをもって
い石可能性があると綴告した。最近出された論文[1 ]では Hの質量は nn (1
880MeV) よりも小さい可能性が高いとされている.これは驚くべきことで
あり、も UそうだとすればHは完全記安定ということになる。
3. H粒子の歴史
Hは最初、 R.Jaffeが 1977年に円ITbag modelを用いて計算し [2]^^状
態が束縛状態として存在する可能性のあることを指摘したのに始まる.この時H
質量は2150阿eVで^^質量2230Mevに対して 80MeV低かった。 1985年Mackenzie et
al. は格子 QCDで 162X12x18の格子で計算し [3] H質量は^^質
量(2230MeV) より大きいことを示した。ところが上記したように今年になって筑
波大のグループが同じく格子 QCDで 163x48の格子を用いて計算 iJ(1]、
H質量として 18 5 0 MeVを与えた。これは nn質量より 30MeV程小t;い。
このような小さな値は Hが完全に安定であることを示唆し、当然いままでの何
らかの実験事実と抵触しないかという疑問を生じる。岩崎氏らによると[1 ]、
もっともきつい制限は鴎子崩壊の実験であり、陽子の寿命はおおざっぱに 103日
程度以上ということが分かっている。・もし nnより質量の小さい Hが存在すれば、
p p→ H +e+ +ザ +ν+ν の反応が存在し原子核は崩壊する。従ってこの崩壊
の確率をしらべねばならないが、岩崎氏らの計算によると陽子崩壊の実験とは抵
触しないとのことである.
4. Hの性質
Hの質量と可能な崩壊レヴヱルの関係を図 2に示すo ^ (2230)より大
きければstrongdecayを起こし幅が広く余り面白くない。 n(2055)より
大きければ LlS=lのweakdecayを起こし、 nn (1880) 以上であれば~S
=2のweakdecay老起こしうる。既に述べたように、 nn以下であれば安定とな
る。図 3にLlS=2のFeynmanndiagramの例を示す。図 4にDonoghueらの計算し
たweakdecayの場合の寿命値を示す。この寿命値から判断すると Hを直接Hの崩
壊で見忍乙とは困難であることを示しているように見える。もしそうなら Hは門i
ssing内ass法でしか検出出来ないかもレれない。もっと精度のよい.Hの寿命値の
理論的検討が要求されている。
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MH(GeV)
12.14 2.22t XNIhr. AAthr.
0 4
5. $&~(nzfifrtitzm&Rum7*x&mifttP(Dm® 1978^ B N L £ $ l * T t t 5 GeV/c (5.K 5.4, 5.9) CD£-,k£ffi^Tpp->K
* + K + + X & ) £ © 3 l & - e K + K + t;:*t'r ^Missing MassT H (DU0 **tt Ztltz C4]
t r - A i l i i i S t u J; « i « H 5 C l « J ; o l i l l l 1.9-2.5GeV© J g S ^ » f ffi&W:30-130
nb& T i r ^ d * £ 3 l # $ 8 & £ f t T ^ 3 o $ & fc £ t K 1850MeV i t iff 12 tt acceptance**
— 104 —
00μoGNU毛.- GoιoLIc.H - H 0.1.$γ61'" 11tf(
""7 10' AS=2
・圃園田園圃圃，
AS=t .圃圃圃・圃圃圃.
ωωω
宇
ω』-8 10
‘・'z いよ +6E 10
ー』
+5 10 ・1.88 1.96
-9 10
2.04T 2.06 AN thr.
MH (GeV)
図4
5. 今までに行われた実験及び進行中又は準備中の実験
1978年 BNLにおいて約 5 GeV/c (5.1、5.4、5.9)のビームを用いて p p・>K
++K++X反応の実験で K+K+に対する川ssingMassでHの探索がなされた [4]
。
ビーム運動量によるが図 5に見るように質量1.9・2.5GeVの範囲で断面積は30・130
nb以下という結果が報告されている。残念なことに 1850門eV付近ではacceptanceが、、
ない。
-104ー
2J 2.2 23 2.4 MISSING MASS (G*V/c2)
FIG. 3. Missing mass recoiling against K*K* sys tem inpp—K+K+X. The slashed boxes are the actual observed events; the solid line, the detection efficiency as a function of mass. The detection efficiency was determined by a Monte Carlo program which'generated events flat in three-particle phase space.
0 5
B N L E 8 1 3 K " p - > S - + K + s S " p - > H n
E 8 3 6 K"H e 3 - > K * + H + n
K E K E 1 7 6 K " A - > . B " p -> H + X
C E R N ?' ( M ^ t H i S f t T ^ S t t t t )
ft£*»*n&*lTtr**o 0 6 IZB N L©ffiJ£ Diagrams ^to B N L , K E K ^ K
Aerts et a l . £ © J ! i g [ 5 ] Kft •? T K " If - i * £ ffl l"» T S " £ £ $ b . di&fcS
- f c p r o t o n f c ^ T T H & f t 3 5 i: O T ^ 3o BNL<DJ£-&. Neutron^ H # t t * U £
ftbft^tZ.Ztf&b^tZZ'U&Zo K E K E 1 7 6 0DISI& K o ^ T t e ^ #
R # £ © »7 - £ . f 3 'y7*T?iS£ U T ^ ? ,
— 105 —
q.9
{AUO-S〉
UZMG一
hhh
白
Z
QトU凶ト
ωo
4冒a『
刷。、〉・
08.0、ω-FZ凶〉M
FIG. 3. Misslng mass re∞Ui時 againstK+K+ sys-tem intp-K+K+X. The slashed boxes are the actual observed eventsj the solid Une，ぬedetection efficlency 凶 afunction of mass. The det~ction effici阻 cywas determfned by a Monte Carlo program wbich generated events fiat in three-particle pbase space.
図 5
進行中文は準備中の実験としては
BNL E813 K・p-> 8 -+ K +、 a-p・>Hn
E836 K-He3->K++H+n
K E K E 1 7 6 K -A ->、 g-P・> H + X
CERN ?・〈何か計画されている模様〉
などが知られている。図 6にBNLの例を Diagramで示す。 BNL，KEK共に
Aertsetal. らの提案 [5]に従って K-ビームを用いて Eーを生成し、出来た E
-をprotonに当てて Hを作ろうとしている。 BNLの場合、 Neutronを見なければ
ならないととろが苦しいところであ石。 KEK E176の実験については今井
氏がこのワークショップ句で話をしている。
-105-
K~ + P * • k* * —
(pm) —* u + /h
Two Target Process
H e - ^ - 1
asV#* A ^
One Target Process
B - F/3 m - ?3C
me
6. && (&{fc) # « * © « #
£ » # & * : t T t t * S < » « - T 2 o o ^ a » i ^ J t 6 < l « . Missing Mass&irDe
cay Products* fi&&£fc-r 3#&T?&£. 4 ©H 4 K5S* *l fe «fc 3 K H ©H#*«
1 0-8sec&_hfc&3 t Decay Products'^ £ & j | 3 # & t t o S<V»*>fcV>4f>fcb*i
ffiJStlt-AkbTttDKt-^ 2 ) p t - i , 3>jt — tf -A* 4)Hyperont:
- * & £ * * # * . £ ft*. 1)©K fcT - A t t B NL, KE K^TfttHSftTfi!) 5 f
i$^fe £ 3 KAerts* [ 5 ] ©ffiS©«K»&-a fe fc ©tffc »K *tt©JfcttW*D £ *i
feB-lf-A*£fiRb; B N L O J i ^ l i S - p atoifcft* fciI3tf«#8iT?<&*.
4 ) 0 H y p e r o n f - i . « B * ^ t t f f l i l ^ $ 0 C E R N * ^ K » 6 n « i f t t t t 4 « $ * .
i i - e l i ^ - p t 4orthodox*2)3)©#&© nliBtt* i t * b T # f e V».
— 106 —
Kー十 P 一一予 jγ ナ +
よ + (ph¥)ー→ HO 十fl¥
.P"・
畠』M
H
弐d
+ K
K + K
H
n
Two Target Process One Target Process'
E 四 Y/3t=... f3ζ
図 6
6. 実験〈検出〉方法の検討
実験方法としては大きく分けて 2つの方法が考えられる.門issingMass法とDe
cay Productsを直接検出する方法である o 4の図 4に示されたように Hの寿命が
1 0・6sec以上もあ石と DecayProductsで直接見る方法はうまくいかないかもしれ
ない。
使用するビームとしてはl)Kビーム、 2)pビーム、 3)π いビーム、 4)Hyperonビ
ームなどが考えられる。 1)のKビームは BNL，KEK等で計画されており 5で
述べたように Aerts等 [5 ]の提案の線に沿ったものであり、素性の比較的知られ
たg-ビームを生成しー BNLの場合は 6-p atomを作るところが特徴である。
4)の H~peronビームは日本では困難であり CERN 等で試みられる可能性がある。
ここではもっとも orthodoxな2)3)の方法の可能性老追求してみたい。
-106ー
a) P + p -> K * + K * + H t M M ( K 4 K + ) § 1 5 ,
Diagram^
~ K+
H
K
b) 7 i*+d -> K*+K + +HT< MM (K*K + ) « £ 3 ,
Diagram^
+
i K°
K1
H
K
c) T t "+p -> 5 B + H
3 B -> A 7t B
A -> p « +
7t _ 0
a
H
S 0 £ reconstructL/ ^ O M M S I ^ o
7 . K~- t - i t p / n t - A K A 3 £ f t O J t & $ H '
.&»CDfeas ib i l i t y£8 t t*"3± ' ' ( ?%*. fcWt t 6 fc^ factor*: UT Dbean inte
nsity I , 2)production cross section a^ 3)detection efficiency v^-ifi
&%o £ f t £<Dfactor£ K beam©i§£ t n /p beam©i§ £ £ & J tK U T # 3 fc&
— 107 —
次の 3つの実験を提案する。
a) P + P ・> Kφ+ K++ H でMM(K+K+)を見i5・
Diagram は
p 周回ーーーーー..1"K
A p
b) π+ + d ・> Kφ+ K ++ Hで MM (K+K+) を見i5・
Diagram は
4・π
ρilmy
AU
c)π ー+p ・> E" + H
a" -> ^πB
^ -> 予冗守
1t -
p-
H
ι K
寸K
H
十K
hu -【ロ
H
'2自;を reconstructしその MMを見る。
7. K-ービームと p/π ビームによる実験の比較検討
.実験の feasibit ihを検討す石上で考えねばならない factorとして l)beaminte tion σ、 3)detectionefficiency η等がns i ty 1、2)productioncross sect
ある。これ包のfactorをK beamの場合と冗 /pbeamの場合とを比較してみると次
-107ー
K~ <B N L©ig-&) TT/p
I 1 0 4 < * . I £ ) * 1 0 5 ( 2 . 3 * £ $ ) 1 0 8 - 1 0 9
or 1 1 0 " a
V geometrical geometrical
neutron detection eff. >h
cross sect ion"^* 2 tfiilJgK- beara*^ W f'J "c? & <5 # . intensi t y © £ - e f t # r $
7t /p beam**:gfi]T& 3o detection eff iciencyft H b ift(^|ft K " ^ ftneutron*
j l 3 © T e f f i c i e n c y * * ^ 3 *<) t ? 3 t m&ttlZ ft n /p©^*< 1 - 2tfjftsens
i t i b i ty ifi £ ^ ifl & b ft U V> o
6 0 a ) X f t b ) © p p / i t * p © ^ t t % * t f * % * . 3 f c a ) © ^ & ©cross sect
ion©upper I intit*<51ffi 5 0 nb f l ^ T & -5 © "£> 1 0 6 © p beanK 2 0cm©7k
H ^ f t * / ^ 1 0 O s h i f t * l & © ^ & £ K # - 5 o detection efficiency* 1 %&&
tbX20 OmKKDUiii'&ZtiZtf&tteZ* ^ © B f f f i f c f t 1 - 2 f f i ^ £ ^ f c
fc % X h ft % (OX C ft & it' © H *t ft <=> ft <§ BR T ft fc W 6 . c ) © i# & ft cross
s ec t ion f t | g{ ; :>h£^©-£?#£* i3 H < D » l i t ) o i : ^ S t ^ * 5 o .
8 . 7t 1 / p i beamKck * | g | J l t a i > S * » t r - A K 3 y ' r « S H I
7t / p £ £ 3 H ^ ^ ^ l ^ f t « 1 / p 1 beam linetu<fc •? XVs t> ft -5 ©**ig^"C<& •§.
spectrometerft #Kspectrpmeter{H rt / K / p separation©$8tl* * fain b fc &
©#*ifcgi:#&'5o re ~ beam© i f £ ft beam intensi ty ft 5£ <*">:£ **,£ < ^ H I J © 2 ~ 3
x 1 0 ^ © b e a m ^ - f t i ^ S <&» p beam* M ^ -S *%£ ft intensi tyft t£i!ij © & © f
<fc •£& 6 do 7i -beam©J#&ft H * ft <5 fc ft K 9 GeV&.L©high momentum beam
iji^nJiKX & %o XftlJU© intenst tyTftJS&& V>^£ bf t&t^o
$ S I S i : l ^ H E P 2 * K & ^ f f i 1 t J s t ± © b e a n * t J i b T t f c O ^ . 1#fc8?£t t£
i: i n t e n s i t y © ^ *) £ ^ **[?>1slte & <5 © "ff b u r s t y © beam© 3 *> <t T ft ft < spi I
l f t ^ 2 o © ^ S f c g ^ y # « t 3 ; f r i t # 8 ; < i l i £ : f t £ , * o b a f r t l l f 2 ^ S t i
* ft 4 y »;.*y h a*^ b < Wft -3 £ &*> ft *«
— 108 —
のようになる。
K -(B N Lの場合〉 πノp
1 04 (現在〉、 1 0 s (2、 3年後) 106-109
σ 110・2
1/ geometrical .geometrical
neutron detection eff. 小
cross sectionでは 2桁程度 K-beamが有利であるが、 intens i tyの点では断然
πIp beamが有利である。 detectionefficiencyは同じ位〈実は Kーでは neutronを
見るので efficiencyが落ちるが〉とすると総合的には πIpの方が 1-2桁位sens
itibityがよいかもしれない。
6の a) 又は b)の pp/Tf.争 pの実験をまず考えると a) の実験のcrosssect
ionのupper I imitが現在 50 nb程度であるので、 1 06の p beam、 20cmの水
素標的を用い 10 0 sh i ft規模の実験を試みる。 detectionefficiencyを 1%程度
として 200個位の Hが得られる計算となる。実際の断面積は 1- 2桁小さいと
も考えられるのでこれほどの Hが得られる訳ではない。 6. c)の場合はcross
sectionは更に小さいので得られる Hの数はもっと少ないであろう。
8. π1 /p 1 beamによる実験と加速器・ビームに対する要請
π/pによる H探索実験は π1/ p 1 beam 1 i neによって行われるのが適当である。
spectrometerは弁慶spectrpmetertこπ /K / p separationの機能を付加したも
のが必要となる。 π+beamの場合は beam intensityは強い方がよく従前の 2-3
x 1 0 12のbeamが必要である。 p beamを用いる場合は intens i hは従前のもので
よいであろう。 π-beamの場合は Hを作るために 9GeV 以上の highmomentum beam
が不可欠である。文従前の intensityでは足らないかもしれない。
結論として、現 EP2実験室へ従前以上の beam老出して欲しい。特に新実験室
とintensityの取り合いが問題になるので burst毎の beamのふるわけではなく sp;I
l内で 2つの実験室へ振り分け石方式が強〈望まれる。そうしなければ 2つ実験室
を作るメリ，ツトが著し〈薄れると思われる。
最後に H探索実験の検討をするに当たって、岩崎洋一氏、菅原寛孝氏そして湯
-108ー
1 . Y.lwasaki e t . a l . , UTHEP-17K1987).
2 . R.Ja f fe . Phys.Rev.Lett . 38(1977) 195.
3 . P.Marckenzie e t . a l . , Phys.Rev.Lett . 65(1985) 2539.
4 . A .S.Car ro l l e t . a l . , Phys.Rev.Lett . 41(1985) 777.
5 . A.T.M.Aerts e t . a l . . Phys.Rev.Lett . 49(1982) 1752.
it
— 109 —
川哲之氏らに議論をして頂いた。ここで感謝したい。
参考文献
1. V.lwasaki et. 301. ~ UTHEP-171(1987).
2. R.，laffe、Phys.Rev.Lett. 38(1977) 195.
3. P.Marckenzie ~t. al.， Phys.Rev.Lett. 65(1985) 2539.
<1. A.S.Cal'roll et.al.， Phys.Rev.Lett. .'J.l(1985) 777.
5‘ tt.T.M.Aerts eも. al.. Phys.Rev.Lett. 49(1982) 1752.
-109ー
Chemistry of exoi ic atoms and molecules
SF3u©ft&£:bTl"'3©&is exot i c atoms / mo I ecu I es t b T It fi ~ s n ~ &
^ J ^ 1 ? / ^ ^ -U. miElZnu channel T*. n" e f S ^ / ^ ^ ^ ^ t t t b t l ^ .
W g S B t t t t * » J b T — « « ) * * . B U ^ - o l i . 7i- & ^ J i > ^ / # ^ ^ - © i , © £ E F
^ © f t & f c f 54)©^iS »K t a — o t t , exotic atons / nolecules *$!%.&*£•
£ £ t t 3 M b ^ : r n - : 7 t b T | £ I S - f ^ < W 3 g £ m & T ^ 3 .
V>3« — $ * » # « * & # * n y * U < ttKISJE© 9 ^Ji'fcfcfcT* fezkft
(Anhydrous) fc#^T*"3T*K C ©SI© fc^ft©* Z. ©H©!Bi&fc b < tt*
l ^ S f c t i ? ^ £ * m c © j f t f c W b T S i g * - : & - c r a t . ^ * > t i : * i N I!l
^&*tt>0i:v>3«F*.*«if»*.oT<*©*T?**. fiP^x feak^fciBbT*
*lfc&«JfcU j & f f c ^ " 3 T ^ ^ & 2k £ (HaO) £"£#s £©H20©7j t^
*nfeBR?-©«-/'it-ift^jg:?x»©^*»w-±©«*if*«tD'r «. 2) ffiftoBU ai£©a#*4:Tr*3IJt fc^lS?x»©x*;t¥- t tN fflfctf
M n © j u " n=FW.=f- X & © X * ; i / 4 * - £ $ ] £ £ S«6fttfs 1439.45 keV
( 2 - * 1 ) ,23.21 keV ( 6-»• 5 ). i:JESB HT? <& 5 . V> fr # 3 exotic atoms
/ molecules © f ^ r S ^ coincidence technique %&F&i~ % (DH-*
coincidence efficiency % + # • # « UTgSJftfc-frfcaifc fc #V> ©T?& 3 ***
c l©£ca«*&fc* iT^«eV>*f i f ca t *>fe« ) $ 3 .
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東北大・理 簸冶東海
研究の対象としているのは、 exoticatoms / moleculesとしては μー、 πー桂
子原子/分子で、現在は πμchannel で、 πー位子原子/分子を対象としている。
研究目的は大別してニ通りある.即ち一つは、 πー粒子原子/分子そのものを研
究の対象とす石ものであり、もう一つは、 exoticatoms I moleculesを物質科学
における新しいプロープとして開拓すべ〈研究を進めてい石.
この種の既報告の中には、同じ研究対象でありながら研究者聞で異なるデータ
がよくある。乙の原因老推察すると主として次の三点が考えられる。即ち次の三
点に於て問題が有り、根本からこの類の実験を見直す必要がある。
1 )研究対象とすべき物質〈化合物〉の化学的性質を把握しないで研究をして
い石。一例をあげるならカタログもし〈は試薬瓶のラベルにあえて、無水物
(Anhydrous) と書いてあっても、この類の化合物の、この種の記述もし〈は、
表示をそのまま受けとってはいけない。この様に記すと首をかしげ者方も多
いと思われるが、実状はこの点に関して製造メーカーに問い合わせると、製
造方法は無水物であっても、試料の小分けの過程以後はどうなっているか分
かりませんという答えがかえってくるのみであ否。即ち、無水物と記しであ
る化合物は、必ずといっていい程、水分 (H20) を含み、 この H20の水素
原子が π-p /μ-p老形成し、これが隣接する原子に移行し、この結果移行
された原子の πー/μ ー粒子原子 X線の見かけ上の収率が増加する。
2)研究の際、測定の対象とする素粒子原子 X線のヱネルギーは、{1IJえば
Mnの μー粒子原子 X線のエネルギーを例にとるならば、 1439.45keV
(2→ 1 ) ，23.21 keV (6→5 )と広範囲である。いわゆる exoticatoms
/ moleculesの研究手段は、 coincidencetechniqueを使用するので、
coincidence efficiency を十分考慮して実験をせねばならないのであるが、
この点に注意を払われていない報告がかなりある。
-110-
3 ) 2 ) IzMb.teZk <. 8 iSO»f t2 :a i«3J f8 [^®^X»CDx^; i / ^ - t t
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E X P .9 7 / 1 0 8-tffcU * * 3 5 e # * « t l M k ^ » K : o ^ T « - a [ ? i r ^ X » %
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g*«gTJg:Flli>tG:f£'5«. *©S£MfcU ^ ^ W o S ^ o i B i j u i B K i K ^ f
E X P . 1 2 6 / 1 4 6 T t t , £K©ffift**fc****'&tMI:'&4»fctt'5«'fc.
**©*•&* £ 0 3 n - f f c^ /K^Xl fcCX*; ! , * -«##£«£< . Efigftffl|£#s&
b^» *£T?s w-fft^k P 4r©^«£&JRlSG:j; «3febfe7ta n?t»b<D2yt^
ttttifcfcajU 7t" t f t ^©**^©f t l»*aH^bfe . £©7t0 **fc© 2ft :f ftaj
WU MfeKia»bfctt:tf9:*© 1 ft©?x b i / 3 7 8 a j « T ? a 9 £ b f e . £ © <fc o
E l T s * x b > a 7 8 a i « i : K i £ y j i ^ - t f 2 * 8 S m s & f f l # £ : f o t t T * AIJ»>
E X P . 1 6 3 c:©S6JStt 1 9 8 7 ^ H P ^ * ^ « © R H ^ 5 ^ « f e «J^»?&ra
tebfefcTN n- a ^ ^ 7 K * © ^ * © « > k ^ i t - p J f c J B d c b K & I i C ^ © ^ ©
—in —
3) 2) に記し.たごとし測定の対象とな若葉桂子原子 X線のエネルギーは
かなりの領域にわたる。特にエネルギーが低いと〈自己〉吸収が問題となる
。国体ターゲットでよ〈採用されている試料の厚さは 3-5mmである。
このターゲツト中に、どの様な分布で mesonが stop.したかをおさえないと、
正確な吸収の補正ができない.即ち 1個の X線検出器では無理で、lItl定ター
ゲットを、はさみこんだ 2個の X線検出器で測定しないと、どの様な分布で
lIIesonが stop したかの情報が得られず、従って正確な吸収の補正が出来
ない.
上記 3点が研究者聞のデータの異なる主なる原因と考えられる。
我々は、上記した特に 3点に留意して実験を企画し研究をおこなってきた。
今までに、 πμchannel でお乙なってきた実験の概略は次の通りである。
EXP.97/108では、水棄を含まない化合物について χ ・粒子原子X線を
測定し、原子当りのクーロン捕獲比が化合物の化学結合性に強く依存することを
見いだした。 π・粒子は、結合エネルギーの比較的小さい電子との衝突により、そ
の分子軌道あるいは原子軌道に捕まる.更に分子軌道上の π・粒子は Auger過
程を経て原子軌道に落ちる.その遷移確率は、分子内の電子の偏りに強く依存す
るので、得られたクーロン捕獲比から逆に分子内電子密度分布が定まる。
EXP.126/146では、 J二記の研究対象を水棄を含む化合物にひろげた。
水素の場合、生じる π・桂子原子 X線のエネルギーは非常に低〈、正確な測定が難
しい。そこで、 χ ・粒子と pとの荷電交換反応により生じた π由粒子からの 2光子
放出を検出し、 π・粒子の水素への捕獲を測定した。この π白からの 2光子放出
は、新たに開発した鉛ガラスの 1対のチヱレニノコフ検出器で測定した。このよう
にして、チヱレンコフ検出器と真佐ゲルマニウム検出器を組み合わせて、ヘリウ
ム老除〈全ての原子について、 π・粒子の原子への捕獲確率が求まる様にした。
EXP. 163 この課題は 1987年即ち本年度の課題で 5月より実験を開
始したもで、 冗'粒子が水素の存在のもとで、 π-pを形成し隣擦原子への移行の
.過程を、主としてイオシ溶液を用いて研究するもので、目下実験中である。
-111ー
E X P . 9 7 , 1 0 8, 1 2 6 , 1 4 6 ©H!8fc-Z**§ *> ft ft & JH © M B& %ti? t J*l
£ K t t * * \ # ^ $ i £ t f & < 8¥HJ!*:h,TV><5. L i O H , N a 0 H. K 0 H.
L i Fs N a F ^ K F E o ^ T t T - s f c . K I H f t k b T L i H S I ^ f e . » 6 f t
N a B H 4 . KBH4 EoV«T* n " & ? f f i £ t t $ £ -}? ab fe0 ft6ftfe»*lt,
* » * k » ' $ 7 ' 5 M f c » i : * S < £ « t - o T ^ * . BH 4 tt* *>fc *> *3?£*e* £Jfcb
ffi$WH5Pb<I^&. - « - ( k e c * i : S « 3 t f ^ t t Z#-^©fD4f«^rtl4> 1 4 C ^
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fc£Ep$J43 (Phys. Rev. A C l f , Nucl'. Instrum. Meth. A d 1 « ) "CSSo
J 2 t ± © f e » * 3 £ K : ^ a © W ^ r ^ S S * « ; i : bTWU 7t-&^©Jf ^ • ^ ? ^ © M
— 112 —
EXP. 97，108，126，146の実験で得られた結果の概略を記すと以
下のごとくなる.
実駿はまず、分子構造が良く解明されている、 LiOH、 NaOH、 KOH、
L i F、 NaFや KFについて行った。標準資料として L i Hを用いた。得られ
た結果は、新たに提起した巨大棄粒子分子模型を用いて解析し、分子内電子密度
分布を求めた.得られた電子密度分布は、分子構造についての現在の理解と良〈
一致し、提起した模型の妥当性が証明された.更に、上記の水酸化物やフッ化物
と一見似ているが、それらよりも分子構造がやや複雑である L i B H 4 、
N a B H4、 KB H4について、 π-粒子捕獲確率を求めた.得られた結果は、
水酸化物やフッ化物と大きく異なっている。 BH 4 は、かなり不安定で、変形し
やすい。 BH 4中の Hは、かなりの確率で、アルカ・リ金属とも結びついている情報
が得られた。
また、水素気体中に、一酸化炭素や窒素ガスを混入し、 冗ー位子の水素への捕獲
確率WHを詳しく調べた。ー酸化炭素と窒素ガスは Z番号の和がいずれも 14に等
しく (6+8; 7+7)、分子構造もよくにている。然るに、実験結果は、一酸
化炭素混入の場合 WHが、窒素ガス混入に比べ約 1. 5倍と大きい。この理由と
しては、次のように考えられる。 π-pから π-粒子の移行は、その基底状態の寿
命は非常に短いため、主として、励起状態から起こる。励起状態の原子の大きさ
は、例えば、主量子数 n= 1 0とすると、通常の水素原子の約半分にもなる。
χpは決して“非常に小さな中性粒子"ではない。そのため、 π-pと気体分子
との衝突の際、 π-pは気体分子内の電子密度分布の影響を受け石はずである。.つ
まり、一酸化炭素の分子構造は非対称で Cはプラス、 Oはマイナスの電荷を有す
~事が π ・粒子の移行過程に関与してい石ためと考えられ"50
以上の成果は、既に報告 (Phys. Rev. A に3報、 Nucl. Phys. A に 1報〉あるい
は 印刷 中(P hys. Rev. A に 1報、 Nuc1. I nstrum. 門eth. A に 1報〉である。
以上の結果を基に今後の研究すべき対称としては、 π"粒子の原子・分子への捕
獲過程には、原子価電子等の結合エネルギーの低い電子が強〈関与してい石。
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そこで更に精度良〈、種種の原子、分子内情報を得るために、 πー粒子とそれらの
電子との相互作用を詳しく調べる。そのためには、運動置の分解能が良く、不純
物の少ない大強度 πー粒子ビーム (>4X106 π-p p )を用いて、上記の相互作
用を直接観測し、最終的には、通常の物理・化学的手段では得られない情報を得
る。このためには、ビーム条件としては、
Pχ ー=100MeV/C、.d.P/P<l96
Iπ ー=4XI06π-p p
希望す石.この実験会件の満たされた際の、最外殻電子の情報を得石〈エネルギ
ースベクトル、及びその強度〉ことを目的とする実験方法の特徴、実験の概略を
.記すと次の様になる.既設の真性ゲルマニウム検出器を 2台用いた 2スベクトロ
メータ法および鉛ガラスチヱレンコフ検出器を用いる。この検出系以外新たに開
発するA.uger電子検出器及び紫外線検出器を用いて低エネルギー電子及び光
子の検出を行う.更に、湾曲結晶スベクトロメータで素桂子原子X線のエネルギ
ーを精度良〈湖定ずる。これら低エネルギー電子及び光子の測定は、海いターゲ
ットを用いて、真空中で行う。
実験結果の目標としては、.d.P/Pく 196、 Iχー=4X106 π-ppの条件のも
とでは、薄いターゲツト並びに気体ターゲツトで実験が可能で、かつ自己吸収、
幾何学的効果、散乱ビーム等が改善され、 A u g e r電子、紫外線等のエネルギ
ーの低い電子・光子が測定出来る。これらを含め、 X線等のエネルギー及び強度
の測定精度を向上させる (3.....5倍の向上)0 これらの方法により、 π・粒子捕獲・
に伴う電手放出、光子放出を出来る限り反応の人口のところで捕まえ ~o
将来は、 μ・粒子ビームとして、 5 X 1 05μ-p p位が、利用出来るなら、是非
μー粒子ビームの実験を計画したい。 Fig.l.に現在の気体照射装置の場合の概略
図を、 Fig.2.に気体ターゲットの図を示す。 Fig.l.から.も、分かるように、一
回セットアップをレてしまうと、照射装置の簡単な入れ換え移動は、不可能であ
る。新実験室では、 この様な装置をレールもしくは空中を吊るなどして、入れ換
え移動が可能な様にしてほしい。かつ πμchannel の試料測定装置の照射回りは、
将来種種の物理化学的条件での実験も考えられるので、可能な限りのスペースを
考慮しておいてほしい。
-113ー
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— 121 —
rSur face μ+を用いたミューオユウム変換J
-7rμchanneJで低速ミ品ーオシを用いた実験ー
東大・中間子 川島祥孝
a 1 序
新たに PS実験室が建設されるに当り workshopが聞かれると聞きこの会で私の考
えている物理実験を行うためにはどういヲたピームチャンネルが必要か発表させ
ていただいた.
ミューオンに関する物理は日本人が世界に先駆けたものが多くあり，それらの
ほとんどは自然界に存在する宇宙線ミ aーオンを用いて主に実験が行われている.
古くはミ a ーオンの電磁相互作用に関するもので小柴(1)，尾崎 (2)等によるミ旦
ーオンによる direct electron pair productlonの断面積の研究，またそれら
のQ:E.D.による最初の理論計算 (3)などは先駆的なものであった.また電子とミュ
ーオンの遣いを調べるための散乱実験は歴史的な興味があると同時に，いまだに
物理屋の興味を最もかきたてる問題の一つである.普からミ a ーオンと電子の相
互作用の遣いを調べる実験はいろいろ行われておりミューオンの散乱に異常があ
るとイギリスの George(4)速が発表したことに対し，福井 (5)らはより精密な実験
を行い異常は認められないことを確認した.一方ミ aーオンを用いた核子の構造
を調べる研究において，.渡甑 (6)を中心とするグループは静岡県の国鉄のトンネル
のなかに大型窃箱を設置してミューオンによる核子との散乱実験で異常に大きい
散乱がみられ核子中に原子と同様coreが存在することを世界に先駆けて発表した.
ぞれと平行して核子のfor皿 factorに関する理論研究も行われDKMN(7)と呼ばれる
式が Drel卜 Walecka(8)に先んじて発表されている.このようにミューオン物理で
は迎論・実験両面において日本は多大な貢献をしてきた. ところが加速器による
ミューオン実験が主になった現在日本人の物坦屋の名前がこの方面で聞かれない
のは残念なことである.
. GeV領域のエネルギーのミューオン物理が現在の日本では不可能なことは明白な
ことである.逆に非常に低エネルギl】のミ aーオン物理はそれなりに興味のある
ものが残づている.私はミ.::Lーかンの電磁相互作用に関する研究を GeV領域から
TeV領域までやってきて今はMeV程度のエネルギー領域に興味を持ってやヲている.
-121ー
ttM^OMSR^ifa%®UMow&$.istixm&mmhxKz. ui:ofiissa © $ * - # v t r - A i£/s*rt>*-e«fe 5 © *t?&i>§3?©H&fc l£#Sfc«fc v>Kffi, v»fc>
^ 5 p a r t i c l e physics t <fc tftt 5 H & B & * * D 3 L X V> ft V . * £ TXEKJc te
i l $ * - * y & f f l V > f c p c r t i c l e physics*'T? ^ S D . C . b f - A ^ + v ^ ^ ^ c : © ^
&te-a'i>ji!&i,"tv>fcrtf<c.i*8i$©-e*s.
§ 2 f ^ O f f i l ^ - t y J r ^ ' J f ^ -
fcT-A#;t&*l-tV>5. Table 1 teSt^SE, tt^TgEHl-C V^ 7 r *>'J f -f-^
D. c. tf - A £ /< & x fc *> y- x m U fc.
t i B « * . 45te#®©D.c. fcr-A©$*-*v7r*,J-r-<--ete;*;3&K©*'i
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fi~ + Ti -* e 4 + Ca
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# * -*• e + + e + + e "
# " £ $ V» T $ a — ;* V Jfi>gt |£ «fc Z PCAC(Partially Conserved Axial Curre
nt) ©&K*(i2)fcfix***-* »-*v*ffl^fc^s-Kmisav%«a©^B *c & 5 . {&;&/<* x ft $ » - * v t?-- A & fe # $ & £ v* c fc % & s . £ ! * . « $ »
- * » * AfcRFfcjMJTLaib shif t © H& (13), S & f c $ a - * - * A & f f l ^ ; f c
LaserJHJftfc J :* 1S-2S transit ion® ffiffi£ft(14)tt £*<$ * . £ ft & tt V* * ft
ft « * * tt v b , ftl^Kt^TS****** i ^ 5 j£ te fc V T * t& ft fc © l*
— 122 —
幸いミ品ーオンはKEKブースターに東大・中間子科学実験施政 (9)により主に物
性関係の μSRを行う実験室800Mが設立されて現在活躍している.しかしこの施設
のミューオシピームはパルスであるので共鳴等の実験には非常によい反面，いわ
ゆる particle phvsicsとよばれる実験にはあまり適していない.そこでKEKに低
速ミ品ーオンを用いた p~rticle phvsicsができる D.C.ピームチャンネルをこの機
会にぜひ建設していただくことを願うのである.
a 2 世界の低速ミ aーオンファシリティー
世界の低エネルギーミ，:1.ーオンビームは主にサイクロトロンを用いて大強度の
ビームがえられている. Tab 1 e 1に現在，世界で活躍しているファシリティーを
D.C.ピームとパルスにわけで示した. -、，
現在BOOMではパルス状ミューオンピームを使用しているが，乙れと平行して D.
C.ビームを今度の PS実験室に作ると，それぞれの実験に対応したピームを使える
ことになる.特に外国の D.C.ビームのミューオンファシリティーでは大強度の利
点を生かして例えば lepton flavor changlngの実験(10)
μ" + Tl ー+ e + T 1
μ- + T1 ー+ e + 十 Ca
やミューオシの rare decav(ll)
μ + -+ e + + γ
μ + ー' e島 + e + + e -
等が精力的に続けられている.
μーを用いてミューオン捕猫による PCAC(Partlallv Conserved Axial Curre
nt)の実験等(12)も低エネルギーミ昌一オンを用いた非常・に興味深い物理の分野
である.他方パルス状ミューオンピームにも非常によいこともある.例えばミ品
ーオニウムに RFをかけて L8IIIb shiftの実験(13)， さらにミューオニウムを用いた
Laser解離による 15-25 trans it i onの精密実験(14)などがある.乙れらはいずれ
も非常に地味な実験ではあるが実験物理屋にとると持てる能力を最大限使わなけ
ればできないし，物理学にとって基本をおさえるという点において式切なものば
かりである.
-122ー
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V>t ( f iS-aS&t-PQ-rSBBJa^aa k V* 5 ft!*fetter) Front i e r M # © —K
Table 1
D. c. hr-A (Ri?&&)
SIN (-150/U)
TRIUMF (-100/U)
LOS ALAMOS C — 150/4 A)
/**;* tf-A (ffi7-§&®)
BOOH(KEK) (~2/U)
RAL (~80.juA)
§ 3 $ * - * - ? A , 7 V N U - ^ n i l l ! l
* ^ £ ItJE^ffi* t> o $ a - * v f c l S ? * * < r>o V» fcleptonfr & ft 5 JS^-© C £
• C * S . ? » - * * * A t t « | J i * t A : « : ^ i % A & » i , r ^ S lep ton* D $ 5 © T?
Q.E.D.fc J: * « • £ # # L <ftt>ftXVX, (g-2)% Si £ 3 ^ Preference© (13),
& © *fl S PS 0 $ » - * * * A, 7 ' / N $ * - * - * A SEfcR: W * * « *8 © tt
£&B.Pontecorvo(15)te <fc *) Jl ft § ft fc. * ©t&G. Feinberg£ S.WeIberg(16) fc <k
>3fiij&$tifc. a f f i ^ « . 5 * l t : v * l e p t o n nu«ber(*#fl!l » * » - * V, %^-^
(1) 2 L / J , Z L . (additive)
— 123 —
ミa ーオンを用いて現在実験が行われているものを簡単に列挙したが，いずれ
もhJgh energv物理の主な目的とする傾域と共存するもので中にはある意味にお
いて〈統一瑠論に闘する問題を扱うという意味において)Frontler物理学の一翼
をになうものであると確信する.
Tablel
D. C. ピーム (陽子強度〉 パルスピ回ム(踊子強度)
SIN ( -150μA) BOOM(KEK) (-2μA)
TRIUMF ( -100μ.A) RAL (-80.μA)
LOS ALAMOS (-150μA)
~ 3 ミューオニウム，アンタイミュ}オエウム変換
高エネルギー物理屋にはあまり馴説みのない言葉だと思うが， ζ のミューオニ
ウムとは正電荷をもっミ a ーオン iと電子がくっついた leptonからなる原子のこと
である. ミュ一定ニウムは構造をもたないと考えられている leptonより成るので
Q. E. D.による計算が詳しく行われていて t (g-2)実験と並んでreferenceの(13)•
( 14)等.は興味ある実験である.
私の知る限りミ a ーオニウム，アンタイミ品ーオニウム変換に関する最初の論
文はB.Pontecorvo(15)により提出された.その後G.FelnbergとS.Welberg(16)によ
り提起された.現在考えられている Iepton nUllber保存則はミ a ーオン，電子そ
れぞれ独立に保存されるものと考えられていて
(1) k L μ k Le (addltive)
と表される. しかし彼らによると次のように考えてもよい
-123ー
T.Ljx (2) Z (L/z + Le) , ( - 1 ) (Multiplicative)
/i*-*-e4+v/U + f
# *-*• e ++ tyi + v 8 •
# ft S ft S. <*&fc&6fc<fc*i$*-;*--*>A, r v * 4 \ * - * - * A & &
t>gifliJ(2)*clifrSft3 t v ^ . I f c U - ^ ^ U f i * &!£&##)*£*»$?
" ? & S # \ e'^&jjfc&^tt&H;
^ - ( j t i ' - e ^ / V T . e = ( / * ' + e ' ) / T 2 "
t frfrtlweak interaction^ tt V> t £5Ete # £ U 5 S i V* 5 . & J& © SS - W ^ *?
1 * $ * - * - * } ^ , T v * -f $ * - -* -*> A*£&&Higgs boson© £ & is A Q ft
fc> ft £ 1/(17), *£ fc neutrino less double-beta decay t Mil b *C 18)
Fig. l\zm Liz J: 5 fcFeynnan graphsic *C ffiH § tt*C V 5 .
U
Fig. 1
A* ~ f l *
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( A " - , A + + )
e 4 e
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\ / \ /
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4-—¥
a
Ve
$ a - . # - ! > A, 7 V * 4 $ * - # - * A*£&©||gU*1968f£lg7!>* 6 & 9 Table 2
p: rj- £ # *c & 5 . u ^ G i i U - ^ - n , 7 v ^-f ^ * - t - * i s ^ 8 i o
coupling constant*?* 0 & til GF teFerai coupling constant*? & 5 .
— 124 —
(2) Z (L μ+ L e) ， L.L.u
〈ー 1)
そうすると規則(1)では次の崩織田odeしか許きれないが
μφーー e++写4+ν.
規則 (2)では
μ+→ e +十』合1 + 11 e .
〈・ulttplicative)
が許される.さらに彼らによるとミ aーオニウム，アシタイ‘ミューオユウム変換
も規則 (2)では許されるという.またミューオンも電子もさらに基本的な構成子
である μ・e'から成りそれらは
μ= (μ'-e') /.rτe = (μ '+e')/n
とかかれweak interactionがないと安定に存在しうるという.最近の統一理論で
はミ品ーオニウム，アンタイミューオエウム変換はHiggs bosonの突換により行
われるし(17)，また neutrlnoless double-beta decafと関連して(18)
F i g. 1に表したような Fefnl6n graphsにて説明されている.
F 1 g. 1
μ+ μ-μ+
(.6. 一1.6.++)
e - e + e
lJ i'"
¥ノ、 /、f
v ノ、
/、
/¥
νe
μ-
+ e
ミ品ー.オニウム，アシタイミ品}オエウム変換の実験は 1968年頃からあり Table2
にまとめてある. 乙こで Gはミ品ーオニウム，アシタイミ a ーオエウム変換の
ooupling constantでありまた GFはFermi coupllng constantである.
d
-124ー
T a b l e . 2
1968^
1989*S
1981^
1987*£
G ^ 5800GF
G £ 5 . 4 G F
G ^ 42G F
G £ 8 G F
Anato et al (19)
Sager (20)
Marshall et al (21)
Hughes et al (22)
Table2 fc SB U fc U K l £ £ I- ^ a - t a n # 7 y M $ » - * - * A f c g & U r t :
&, * £ t a r g e t s i J6 f ^ "cap tu re fc <fc 5 X - r a y * iMS ? S £ £ & &-> "C V> * .
flfctf, HughesS. O l K ^ a t l i $ * - * - * ^ fefp-o fc&, ^ T O W i S f *
a S - C B X * ) K t ^ Z © ^ : ^ ^ t a r g e t { C ± « ) S f c i 6 $ a - * V & [ g ; & S $ < T t > " C i ! f c $
a - t f ~ * A # H J & 3 - ^ § t a r g e t * ^ © Hi J i t f g < tt 9 $ ^ - t f - ^ A a i g t f ] ©
to tc BOOM 7 r i " J f - < - K T h o t tungsten** 6 H £ 4 > f c ! & x * / t ' * - ; & t > o ; f e $
a - ^ - ^ ! ) A < & ^ 4 5 ! © S f i ^ ^ ^ D t b f C t l c ^ J I ' j b f c ( 2 3 ) . $ & KTRIUMF7 r
^ 'J -r -f - fc *> v» T Beer(24) 6 14^ 'J A ^ i > / - * f f l V t ^ 1 5X t a v J U * ^
$ * - * * * / , * 4 ) S t 2 £ £ te$#jU;fc. S ^ r t t t f e © 2 l & & B 0 0 M f c T $ 3 g L
fc. hot t u n « s t e n * f f l ^ 8 C i f c J t ^ S / U * ' < » ^ - * f f l V ^ < 5 » ^ * * S I » ^ t f e i
— 125 —
1968年 G 重 5800G F
1969年 G 話 6. 4G F
'1981年 G ;i 42G F
1987年 G ~ 8GF
Table.2
hato et al
Sager
Marshall et
Hughes et 81
(19)
(20)
al (21)
(22)
. ，
Tab 1 e 2に記した実験ば主にミューオニウムがアンタイミ品ーオニウムに変換した
後，ある targetにとめて μ-cap ture による X-ra)'を測定することを狙っている.
例えば Hughesらの実験方法ではミ旦ーオユウムを作った後，全ての荷電位子を
磁石で取り除き Zの大きい targetに止めるためミューオン強度が強くてもできたミ
ユ}オニウムが到速すべき targetまでの距離が長くなりミューオニウムが目的の
targetを見込む立体角は非常に小さくなる. ミ主主ーオユウムが真空中に生成され
たその状態でミューオニウム， アシタイミューオニウム変換を測定できれば最も
よいのであるが， ミょ孟}オニウムを大量に，かつ真空中にほぼ静止した状態を作
り出すことはつい最近まで成寄れていなかった.われわれはペル研の M111 s氏を中
心に BOOMファシリティーにて hot tungstenから真空中に熱エネルギーをもったミ
ューオニウムを約 4%の効率で作り出すことに成功した (23). さらに TRIUMFファ
シリテイ}において Beer(24)らはシリカパウダーを用いて約 15 %と高い効率で
ミ品一定ニウムを生成することに成功した.我々も彼らの実磁をBOOMにて確認し
た. hot tungstenを用いることに比ベシリカパウダーを用いるほうが実験方法と
して非常に容易である.こうして我々はミ品ーオニウムを真空中にほぼ静止した
ような状態で作り出す手段を手中にしたのである.
-125ー
§ 4 ngs&frj-H
I S l O i ' b l S f t ^ t i U T S * - * - * JstftkF&Ztilzmmtt&ttzerom® Xft < T l* *C 6 tt V>. te-tfttb ^mmoizibK 5. » - * - * Al*Zeenan$|)3ifc<k
Table 2 K*Lfc§IS&^@H:&&©jSf j5M£Tl ; : f r f c D 8&« && lOnGfff & ic *
* «k 5 BHj t * fi X ft h ft X \* 5 .
i) u "nuclear captured <fc <5 X-rayii/I
11) LaserffHE®9!£
i l l ) nagnet spectroneter&ffl V> ftlil^
Laser 4 3 - C r l f ^ l i f t DISlM * - * v ic L T C o p t i c s © : ? ? & te T $ * -
* v * # ^ r < * ;&»•* ! * * o o . i i i)©^*6tt*ste3&©%**c\i>asi«^s X& Stf, £*U* — jLzerofl£ig&ft5 £&fc*Jgb 'CV;8«k5 te** .5*«0 l* .K
m - f / * T ^ * » h * J 8 ^ 8 &>P<blKig«zerofc*-S il i ^ t l S . &iS£ze
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•e * a. S&fcK£#fc»JhLfc«k3ttttfflfc*S $ * - * * » A * f c » r v ^ -{ $ a ~ * - * 2 s j & v & M L T l i J T 5 f c ; 5 e + , e ~ * * * ^ A # f t t»IR Diitf C 4
**T* $ S. I - P ^ ; k 7 n - ; r ©J&tUSC ©workshop-eiU«fJte^*sB*nfcrja
m ^ b a ^ ^ ^ ^ ^ r * * - * - © ! ! & St H J f c $ U < $ f r n T ^ 5 © T * f t &
o a y / < n f l l l f c * ( D * ^ i T ^ 8 . -%-% -CV* S^SI©ftSEB&l2l*Fig. 2 *c JSJ
^ - c * t e . J | £ g S & © » £ * ' f r f c 5 ' y * ' * 9 * r - - * t t t B b ' C * < : f c $ » - * : / *
j h J & t ^ a - ^ - ! > A % f t 5 . 2 . 2 / i s e c 0 ^ ^ r ^ " C W ^ ^ S $ » - * y * » & © I H
^ ^ ( H ^ ) l S X £ « & f l X t ) BBtt track detector ( ra te fc^ < t S f c » l ^ y
'• K »J * * © M.W. P. C* detector i l t % . . C ^ 5 ) fc T * ©J$ $$BJr *«¥i3£ * ft
5 , * l t H H ^ * T n » r © 85 $ "C tiMf &ttfc&©7ftS&& $ h fcM.W.P.Cfc
ffl^rtfeJE't*. £ 5 b r H * ¥ < * * ) © « » f t i * © M * « » ! l j e s n * . £
— 126 —
I 4 実験計画
実験の最も露喪な条件としてミューオニウムが生成された領域がほぼzero磁場
でなくてはならない.なぜならば磁場のためにミ aーオニウムはZee皿an効果によ
りアンタイミューオユウムにならずトリプレフトになる.
Tabl e 2に示した実験装置は変換の起きる領域全てにわたり磁場を約 10・G前後にす
るよう記慮されて作られている.
考えられる実験手段として以下のものがあげら.れる
i) μ-nuclear captureによる X-ra)'測定
i i) Laser解離の測定
lli) 回agnet spectrometerを用いた直接測定
i)の方法はすでに述べた. 1 i )についてはミューオニウムを生成した後すぐ
Laserを当てて電子をはぎとり再びミ a ーオンにして静電 optlcsの方法にてミュー
オンを導いてくる方法である(14). i i 1)の方法はまさに私の考えている実験方法
であるが，これは一見zero磁場を作ることと矛盾しているようにみえるが例えば
トロイダルマグネットを用いると中心磁場を zeroにすることができる.磁場を ze
roにするだけだとトロイダルマグネットの他にいろいろ考えられるがこのマグネ
ットの最大のメリットは立体角を大きくとれることである.この方法だと通常
h igh energyの測定技術を用いて荷電粒子の運動量と正，負の電荷を知ることが
できる.さらに真空中に静止したような状態にあるミューオニウムまたはアンタ
イミ~....*ニウムから崩漉して出て来る e ヘ e を大きい立体角で取り込むこと
ができる. トロイダルマグネットの形状はこのworkshopで山崎先生が話された『超
電導トロイダルスベクトロメーターの実験計画Jに詳しく描かれているのでそれを
番照されたい.私は今のところそこに捕かれているマグネットを常電導化し，か
つコンパクトイじしたものを考えている.今考えている実験の概略図を FIg. 2に描
いてみた.真空容器のほぼ中心にシリカパウダーを設置してそこにミュ}オンを
止めてミュー才 ζ ウムを作る. 2.2 μsecの寿命にて崩壊するミ~-オンからの陽
電子〈電子〉肱真空容器を取り囲む track detector (rateを多くするためにシリ
ンドリカルの M.W.P.Cをdetectorとして有一 ζいる〉にてその崩域場所が判定され
る，そしてトロイダルマグネットの磁場で曲げられた後の飛跡をさらに M.W.P.Cを
用いて決定する.こうして陽電子〈電子〉の運動量とその電荷が測定される.こ
-126ー
©:fr&©a*©£&«, 5 *.-*v#m®hxx'X < zmm*i}m&®%ut*©
M % ffl iS If S BBfc fi £ ^Knock-on e l e c t r o n © ^ ^ &M ^ £ £ X, Ztl&MS*.
T?& S . H © £ t K o V - C l i ^ l < s i au la t ion* L fc < X l$t£ Z> ftV.
F ig .2 Eagnet spectroaeter MVPC
vacuum
chamber
troidal naenet
muon
MWPC
cylindrical
MWPC
vacuum
chamber
MWPC
SOca
§ 5 w jBchanneltefijR*** «1 fc
£*fmm K * - * v\zo^xmmu review* if 5 t , A & K i ^ £ target i © S5
3Sfc <fc D t a f g e t ^ f f l j f i i a i - ^ J h L f c i E O p i o n ^ - e ^ £ f t © 2 # $ $ f c < f c D
100%4i$UfciE$ a - t v ; i t 4 U l i 5 . C O i l f c t l f c ^ * ~ * y © il g&M
&Z9.7U\/cb$t%\Zl&MX% X) $120mg/cH2©JI*©®)KT?ihi; 5 .
•e t l "C (i KEK© 12GeV 7 P b ^ ^ V ^ o h o y K t i l ^ *.- * %s &\hX < % X
$>h Ofrl ^^EKEKlc* 5 tf/Jchannel&flj V > T S * & H M j £ U fc.
£ ©channel{*target©&3 K Q-nagnet2 Mt bend nagnet^ b T S&fc: 2 fll ©
Q-magneto 4Mx$L&® fe ®fr & ft ? *C V* S . ^tffi $ » — ;!-*• te fc -> "C g| V* £ £ js
£ © c h a n n e U * & # H £ # * h ^ * / h v © J ^ t ? S ^ i f i l f c r & n T V ^ r ^ * f c i 6
*ft&©4*lRfc«k*-.*\»--*i'©*ta, $&tet£fifcSL©l2«f-e3iffi$ * - # vt*
— 127 —
の方法の最大の欠点は， ミa ーオンが崩壊してでてくる陽電予が真空容器などの
壁を週過する際に起こすKnock-on electronの確率が高いことで，これが負ミュ
ーオンの崩壊により飛び出した電子と区別つかなくなる可能性があるということ
である.このことについては詳しく sl削 latlonをしなくてはならない.
F 1 g. 2 magnet spectroleter
vaCUUm
chamber
MWPC
troidal macnet
a 5 πμchannelに要求すること
国uon
.
5Oc周
まず表面ミュ}オンについて簡単な reviewをすると，入射陽子と targe tとの衝
突により target表面近辺に静止した正の pionができこれの 2体崩壊により
100%偏極した正ミューオンが生成される.このときにできたミューオンの運動・量
は29.7MeV/cと非常に低速であり約 1201U/01ll2の厚みの物質で止まる.
それではKEKの12GeVプロトンシンクロトロシにて表面ミューオンが出てくるで
あろうか? 現在KEKIこある πμohannelを用いて我々は実際測定した.
乙の channelばtargetの後ろに Q-lIIagnet 2個， bend lIIagnetそして最後に 2個の
Q -msgnetと最小単位のものからなっている.表面ミューオンにとって悪いことに
この channelは途中真空ダクトがカプトシの牒で空気と隔たてられていているため
それらの物質による 4ミ'.;Lオンの捕獲，さらには散乱の影響で表面主主主ーォ νは
見られないのではないかと心回したが."それでも F1 g. 3に示したようにはっきり
-127ー
ttV>, i l t l « C © c h a n n e l © B 8 n u a l ^ S ^ " r * * mm^OU%L&tmW\B.t ©*fIS
Fig.3 Surface uuon obtained at KEK
N/20Q0sec
600
500
400
300
200
I I
I iHl| I I I 10 20 30 40 50 60 70
P(MeV/c)
fcfcilffi $ » - tf V & ffi ¥ * » ! » * ¥ © background© 4"fc 8 t> t tT V> S . £ ft: &
IcH® $ * - * ^ © S O M e V / c j f i a i © ^ : ^ © * ^ * b v &TRIUMF(25)-C?# & *t T
V> T Fig. 4 te jtflf <fc 5 fc ft: > "C V> S . Is] 0 3&>.£> *> fr S <fc 3 fc $ * - * y * f l h © *
o t ^ i l b T l R D a i S * i t f f i : & f t V \ £ *i I* £ © <k 5 ft: <£ x * * * - Mffi •?? & D.
C.separator&ffltrSg^fc-CS * (26). $ £> te^ffi $ * - * * • © * - . * y * A/<-f
r AP/P&3 %miw b fc^ . fttf ft£>(# $ * - # - * A&$-e;*;i2jft:c. t ttv*»te
J/ y * ^ * ^ - ©*Bffifflfc ifc + 1 *c § * - * '• * jh» s n a *» ^ d J&»K A o »
* *?& * * * & *c * *. * - * : / * * / M h 3&«/j\ s v a v v t> y- *c * * *« * n e:
y ^ A ' M h * * tf 5fcl*fcT- A o p t i c s ^ * r a ^ ^ * § a t f T * £ K s l l t & A t t S
^ S - e ^ S i S ^ ^ - d S i f e t O t l S . K ± © i l t * * £tf>T$f.b V ;r #chan
n e l £ & # d e s i g n ^ 5 £ Fig. 5 © <k 5 lc ft: 5 . ± # © g $ (*« V* fcV»20i< & V> T?
— 128 —
と表面ミューオンのシグナルが見えている.図中にて横軸の運動量の健が正確で
ない， これはこのchannelのlanualに書いである電磁石の電流値と運動量との対応
がずれていることによるものである.得られたミューオンの個数はスピル当り約
1 0 tであった.前述したようにカプトンの蝶による表面ミューオンの吸収および
散乱を考慮すると実際 1000守以上の個数が期待される.
Fig.3 Surface lIuon obtalned at oKEK
N/2000sec
600
500
400
300
200
l'
i t
111 f f. I 1， l
次に表面ミ品ーオンは陽子や陽電子の backgroundの中に埋もれている.ちなみ
に表面ミ品ーオンの 30MeV/c近辺の荷電桂子のスペクトラはTRIUMF(25)で得られて
いて Fi g. 4に示すようになっている.同図からわかるようにミ品ーオンを他のも
のと分離して取り出さねばならない.これはこのような低エネルギー領域ではD.
C.separatorを用て容易にできる (26). さらに表面ミューオンのモーメンタムバイ
トAP/Pは 3%程にしたい.なぜならばミューオニウム生成で大切なことはいかに
シリカパウダーの表面近辺に集中してミューオンを止められるかどうかにより効
率が決まるからである.モーメンタムバイトが小さい程いいわけであるがそれに
よってミ品ーオンの個数が減少する.従って 3%程度がいいと思われる.モーメ
ンタムバイトをあげるにはビームoptlcsで中間集束を設けてそこに s11 tを入れる
方法である程度解決できるとおもわれる.以上のことをまとめて新.しい πμchan
nelを私がdeslgnすると Fi g. 6のようになる.全体の長さはだいたい 20・くらいで
-128ー
£ ©beaa channel##ISi L iz h M%Ut& © # i l t> pionfc «fc tf auon* ffl V> fc^Si
fc^CCftSditf-eg*. * « & » 8 H 3 E » b T ^ t t ^ A « - f 4s U X ©Rutherford
©flf&^fc <fc 5 t 60MeV/c< 6 V * 6 & $ targets ffl© cloudtt n ~©ffl $ fc i 2 M
$ a - * y ^ ? # & t i 5 i © C i ^ * 5 ^ & C . n * f f l ^ T P C A C H & * ? a i t t > M t f -
T < 5 .
Fig.4 Positive particle fluxes
Fig. 5 New n ft channel design
> e ^
• • proton beam line
Q-magnet
bend magnet
momentum slit mass slit
D.C.separator
m — 19.9 —
ある.
この bea. channelが実現したら放射化学の方連も pionおよびlIuonを用いた実験
をここで行うことができる.まだ私は測定はしていないがイギリスの Rutherford
の研究者によると 60MeV/cくらいから生成target周辺の cloud状 πーの崩壊による負
ミューオンが得られるとのことであ・るからこれを用いて PCAC実験をする道も聞け
てくる.
Fig.4 Positive particle fluxes
'岨同・M同~.，.ID，O蜘ト
E ・ .柏崎・".....ー官.!，-ー• 岡田i
lDO。町田。
，1ト
同
同
l帥
.，
.. 問。1・.。.。.。
.0
Fig.5 Newπμchannel deshn
proton beam line
日-magnet
bend magnet
sli t mass slit
一ー1空qー晦
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& T? * ft tt V* *» ft* 85R L T V» S fc * bP-f ^ * v i r * j !»*«!* .£ J: V»fctt*.
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mux * v b*L-c<ftfc;ff*jW£<. f ^ f c * 3 i ^ H t 5 » ; ^ ? t .
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(5)S.Fukui et al.
(6)S.Higashi et al.
(7)K.Daiyasu et al.
(8)S.D.Drell et al.
i 6 謝辞
私 lとミ品ーオニウム，アンタイミぷーオ=ウム変換について考える動機を与え
てくれたのはベル研のA.Milla氏であった.彼とはタシグステシ中からのミューオ
エウム生成の実験で一緒に仕事をすることができた.乙の実験 iまかれにとってさ
らにミュ}オニウムを用いて Laser解離による 18-28の精密実験(14)をするための
ひとつの過程であった.これまでbigh energyの実験のみ行ヲてきた私にと勺て
低エネルギー傾塙の基礎的実験を行ううえで非常.に良い指標になった.また東大
中間子の永髄助教授は私がA.Mills民の実験に会加する機会を与えてくれた.
私がミ旦ーオニウム，アンタイミ aーオユウム変換の実験を hlgh energy的方
法でやれないか暗中模索しているときトロイダルマグネットを使えばよいと教え
てくださったのは KEKの今里助教授である.東大中間子の西山さんは私の実験計画
で物趨的議論をしては教えていただくことが多々あり， また宇宙線.研の荒船所長
からは理論的問題についていつも御教示を受けている.そして核研の山崎所長は
私の良き指導者で常に encourageさせてくださる. ~也 iこも名前をあげませんが背意
義江ヨメントをしてくれた方々が多く，皆さんに本当に感謝する次第です.
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No.6 edts.
Meths. 179，95(1981)
K.Nagamine et al.
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8^2: 4) knock-on cascade fc * <7)&Olljg $ ftfc $££*»£> tf>8?tf) 116 * H"& LXg
SfcfcJfcKL, ±#i < - a t S I fc**»6;h.TH6 , 4fc Rudstum «5$ i: J: If *i T n &
* * a t ^ < « 5 ^ ^ - * a * ! : spallation KJS?)&j£M ft SrHS L ® * M * «
*«•*«»*« i: J: < - » • * - 5 . spallation « ( P , x p y n ) t * i ) 3 t l i J : 5 4 R
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A8tx*;P^f- fctf LT 1 imiting behavior # # 6 it 2 ~ 3 G e V J j U b ^ X * / ^ -
X'\t spallation ?>& £f t f ta £j£»iffl« l i l *;P * - * * *Lj2t-L fc t T *> £ < ID t fc&
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i H t T f t i f c ^ < t 5 S r l ; t * 6 . I ^ i i l i A H n y ^ f i f t t t ^ i i i i ^ t & J i
^ K - * t » W l f c : J : S L t V > 4 ! : t i { ) f t i . spallation f l* ? - f Y <?)% S.% AT
3&»^4**<o«jiaA*»**irvi<t:aoT4jaKiii«***&»i!ii»»fc^$ <&s t -r
aft*->T4JR»««*«** < &S , £*>*£li&JS» « £ « * « > * » £ J: iT tULofc^)
fragmentation kVHttlT^hW. * ©RfcMfcoV^T liV> 4 £fc& 4 0 J: < tt sbfro
— 132 —
p s p 高 コニネノレギ一陽子による核イヒ考会第芸尾突の
言十 E冨
追手門学院大学 経漬学部 藤原一郎
参加者 今村峰雄，柴田誠-(東大核研)古川路明，篠原厚{名古屋大理)
馬場宏{大阪大理)坂本浩.浜島靖典{金沢大理)中原弘道{都立大理}
藤原一郎(追手門学院大経)仁藤修{東京農工大工}大久保嘉高{理研)
1 )はじめに はじめに高エネルギー陽子を用いる核化学の現我を簡単にのべてをくと.
ごく低いエネルギーから 400GeVに及ぷ範囲数多くの実研が行なわれ，大量のデータ
が既に蓄積されている.そのうち， spallationに関するものが最も数も多く詳細で，
多くのターゲット核で spallation productsの生成断面積が測定され.質量分布.荷電
分布も調べられている.この反応は 2 step-model にもとずいて，入射粒子の原子核内
核子との knock-oncascadeとその後の励起された複合核からの核子の蒸発を計算して実
験と比較し.大体よく一致することが知られている，また Rtldstumの式とよばれている
実験式もうまくパラメターを選ぷと spallation反応の生成断面積を再現し荷電分布や質
量分布も実験とよく一致する spallation は (p，xpyn)で表わされるような反
応として理解できるが，原子核内での Z の生成やその振舞を考えることがどの程度必要か
は判っていない.比較的エネルギーの低いところで(3， 3)共鳴と A の核内での振舞を
考えた 2 step-model の計算 codeも開発され実験と比較されている.spallationには
入射エネルギーに対して limitingbehaviorがみられ 2--3GeV 以上のエネルギー
では spallationの各生成物の生成断面積はエネルギーをそれ以上にしても全く同じにな
って変化しなくなってしまう.また入射粒子を πや重イオンに替えてみてもエネルギーさ
え同じであると全くおなじになる.このことはハドロンが原子核に与えることのできるエ
ネルギーが飽和したこと示していると考えられる.spallationではターゲトの質量数 AT
から生成物の質量数 Aが躍れていくに従って生成断面積が指数関数的に小さくなるとこ
ろが複雑な原子核を高いエネルギーのハドロンで照射すると， Aがちいさくなるにしたつ
がって生成断面積が大きくなる，この場合は生成物は多核子の放出によって生成しったの
ではなく，ひとかたまりのクラスターとして原子核から放出されたと考え必れていて
fragmentationと呼ばれているが.その反応機構についてはいまだにあまりよくはわかっ
一一 一一i 、，...l'
-132ー
‘降占--~~- -~
T^ftH. fragmentation fc O UT i> mt¥ Wft «f £#*> ft 0 £ £ =5:12*1 T ^ T , R J5
fflfll £ # * h ±.X'(?)ml?ft ##ip 0 £ 4 * X \^ t % I h it h i> (0 i> h h . z. ii h <n \11Pfc
( p . n ) , ( P , TT*) ay X a ftRtftt simple reaction fcBftffl £ft^(l<>ft^&
t S f S £ &£ £ 8 jg< * S i b tf X' # , £ g£® *>R£#jg ^ -S ft fr-C * <0 R £*J JR*#
«fc« * l i«x ***-5fc* fc 8» fcK?8 fcattRJG£ffl&L**£*>'?, *?>£&£
a ) 3K"?«0 spallation "CIS 0. 6GeVfcV^0 ffis I X */l/3f - t' limiting behavior
fcftO, IS^&fc-S-*. a j x + ^ - u j t f ^ ^ F o y j ; D0»fc9/h$v>, ft«7
b) #?T'tt spallation # £ K « T \ ©^fctt^T fragmentation » f l^ i« | fL<t
c ) L ^ t ^ H ^ ^ W i h H ^ i f c S t O t t ^ t t simple reaction T*-at . ( P . 2 W
) , ( P , 2*-nx)0RJ6Wffi«*)M£ ,Cfc*.£aRJBliS ;F#-t*«lo*§<£
V^T(2, x*/W*-£XfcatftRfc»iIi«tf>lliJBHJR£*>fc*>, $ fc fc#tt?fflft*>#
*&«**.$&£« *>«#&* v*«a?a^&A<&iaiB(c*-yvh«£afA,'c*£L . Z<7)K&(DAlzjtit &&1f&ZW t> friz t&. ft* & (r , **) , ( r . x"x n ) R
J6£tt»fc*«*#fc*fflv»-CBf£l. .I:h.£>tf)Rj6#±fc LT ( 3. 3 > £ W £ g T Ji
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fc£*LT^fc. ( P , 2 *-x n ) RJ6ttJ: 9«»"Cfc*?rffittaf5SnaI, JfcJtf-fb W
3) ffx***-^ fcJ4«fc¥»£»«>fc«>tf>S«l
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OAM r -CMfc iT ^ O T A t i W i * t 3 0 x 3 0 c m <fcn£#*;h.tf jfeftTfc
S, vWrt4!H#*»lc i J t i f t f t t8 fcL-C, tf-££»•*-«»* 100 mg /cm 2
— 133 —
ていない. fragmenlationについても核化学的な研究がかなりおこなはれていて，反応
撮摘を考える上での重要な手がかりを与えていと考えられるものもある.これらのほかに
( p ， n ) ( p ， π全}のような反応は simplereaction と呼ばれ 核化学的な手法
で残留核を容易に識別することができ，多種多様の反応が起こるなかでその反応の収率が
小さいような場合に特に放射化学的方法が有効である.
2 )実験計画 上に述べたような高エネルギ一陽子での紘化学の現状を考えて. さらに
現在我々は高ヱネルギー光子と複雑な原子核との核反応を研究してきたので， その結果を
も考慮して PS高エネルギ一陽子による核化学の実験の計画を考えて行きたい.
a )光子の spallationでは o.6GeVという低いエネルギーで limitingbehavior
になり，原子核に与えうるエネルギーは光子の方がハドロンよりかなり小さい，なぜ陽子
と比べてそのようちがっているのかを明らかにするための実験を行ないたい.
b )光子で陪 spallationが支配的で，陽子主比べて f ra gmen la ti on の割合が著しくす
くない， これも両者の相遣をはっきりさせることのできるようなデータをとりたい.
c )しかし今回の実験計画の主たるものは実は simplereactionであって， ( P • 2πー
( P • 2n-nx)の反応断面積の測定である. この反応は原子番号が 1つ大きくな
り，化学分離によってほかの反応から区別することができる. 1つのターゲット核種につ
いては， エネルギーを変化させて反応断面積の励起関数をもとめ， さらに中性子個数の分
布を調べる.さらに軽い核から重い核まで適当な Aの間隔にターゲ')1ト核を選んで測定し
この反応の Aに対する依存性を明らかにする.我々は {γ ，π土) (γ ， n-xn)反
応を放射化学的な手法を用いて研究し， これらの反応が主として(3 . 3 )共鳴を経て進
行していること，原子核内での企の寿命は核外のもの変わらないことが判り. 一方 A依存
性は表面反応，或いは体積反応というような簡単なものでなくもっと複雑なものであるこ
とを示していた. ( P ， 21t-xn)反応はより複雑である可能性が高いが， 放射化学的
な手法は全く同じものを適用することができる.
3 )高エネルギー間子による核化学の実験のための設備
この研究のために先必要となるのは(1 )照射設備である， E P 1実験室の主ビームライ
ンの上漬のできるだけビーム強度の大きい処に置きたい.照射設備そのものは直経数 cm
のパイプで垂直に立てるので占有面積は僅かで 30X30cmぐらいを考えれば充分であ
ろう. ターゲットは図に示すような照射容器に入れて，気送管によって照射位置に送られ
る，パイプにも照射容器にも穴をあ付て窓にして，
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T^&^#«3KLfcR«#&;riBrMfc£ff-C& h . ^x^ /Wdf- l^ i 1 "C« spallation
— 134 —
校{併用?併の.M.射踏ま墨.
厚さの薄膜状のターゲットをビームが通るだけであ
るので，ビームの強度は日とんど下がらない.次に
必要なものは(2 )気送管でこれ怯ターゲットの輸
送装置で直経 2......3cm長さ 10 c mぐらいの円筒
状の容器をシールドの外から圧迭して照射位置に送
り込む.照射後吸引でシールドの外に取りだし.さ
らに化学室に送る.気送管の材質はプラスチック管
か金属管を用い.シールドに穴を開付て外部に導く
，生成放射能はそれ日ど大きいものではないので，
配管をうまく考えれば，シールドの外を輸送しても
輸送時聞が非常に短いので実験室内であれば被曝が
問題になるようなことにはならないと考える.
さらに次に必要になるのは(3 )化学室でこれ陪ト
レーサー レベルの放射性同位元素の取扱のできる
化学実験室で照射読みターゲットから目的とする核
種を化学分離する，短寿命の核種を扱う場合が多い
ので，測定室が隣接していることが望ましい.測定は主として 7践を半導体検出器で測定
する.化学室と測定室は 200-300m位離れていても気送管で輸送すれば支障 U起こ
らないと思われるので，既設のものの利用も可能ではある.核化学の実験結ビームライン
に複雑な測定系を置かずオンラインでは非常に簡単な実験になるが，照射能オフライン
で化学分離や測定が継続する.
4 )あとに 上に述べた以外に i エネルギー陽子の原子核との反応断面積のデー為宙
科学の基礎データとして重要な場合があり，さらに，核化学の応用として spallation反
応によるアイソトープの製造とその利用が考えられる.我々としては目下その計画を持っ
ていないが提案した設備があれば容易に実行できる.高エネルギー陽子での spallation
反応は中性子過剰から中性子不足までのアイソトープを幅広く製造することができ，利用
価値が高い.その基礎研究の窓口としての必要性も考慮して置いたほうがよいと思われる
-134ー
ーーーーー『一一一ーでー{聞で円戸咋でマ，.......司戸ー司{舟四~~中 戸司.，.，.....，.
一…刊一一一一一一一--.....~---一ー
Comment on a thick and large area silicon detector in future use
T. Miyachi
Institute for Nuclear Study, University of Tokyo
Originally we intended to mention "Heavy meson produtions on
nuclear targets". According to limited schedule, however, we had
a room only to present results of R & D of silicon detectors
which seem prospective in future experiments. In the following,
we describe a comment for the "original title" briefly and for
some of results obtained in R & D of fabricating thick and large
size silicon detectors.
Experimental data on heavy meson production on nuclei with a
pion beam would provide an important material to understand the
fundamental interactions. As an example, the rho meson
production would be a tentative case. Since the Compton wave
length becomes shorter than the size of the nucleon and the
coupling constant larger at high energies, it might be possible
to find another phase of the interactions between quarks and
glueons occured in the nucleons inside the nucleus.
On the ohter hand, there is almost nothing for reliable data
of the heavy meson production on nuclei. So it seems desirable
to accumulate experimental data in a systematic way. In order to
avoid an inherent difficulty due to final state ambiguity,
"exclusive experiments" will become inevitable. However, it is
difficult to detect the whole particles involved in the final
states, that is, both decay products and target fragments.
One of methods to circumvent this difficulty will be
— 135 —
Commen七 ona thick and large area silicon detector in future use
T. Miyachi
工nstitutefor Nuclear 5tudy， University of Tokyo
Originally we intended to mention "Heavy meson produtions on
nuclear targets". According to limited schedule， however， we had
a room only to presen七 resultsof R & D of silicon de七ectors
which seem prospective in future experiments. 工n 七hefollowing，
we describe a commen七 forthe "original七itle"briefly and for
some of results obtained in R & D of fabricating七hickand large
size silicon detec七ors.
Experimen七alda七aon heavy meson production on nuclei with a
pion beam would provide an important ma七erialto understand the
fundamen七alinteractions. As an example， the rho meson
produc七ionwould be a tenta七ivecase. 5ince the Comp七onwave
length becomes shorter七han七hesize of the nucleon and the
coupling constant larger at high energies， i七 mightbe possible
to find another phase of the interac七ionsbe七weenquarks and
glueons occured in七henucleons inside the nucleus.
On the ohter hand， there is almost no七hingfor reliable data
of the heavy meson production on nuclei. 50 it seems desirable
to accumulate experimental da七ain a sys七ema七icway. In order to
avoid an inherent difficul七ydue to final sta七eambiguity，
"exclusive experiments" will become inevitable. However， i七 is
difficult to detect the whole par七iclesinvolved in七hefinal
sta七es，that is， bo七hdecay produc七sand七arge七 fragments.
One of methods to circumven七七hisdifficul七Ywill be
-135ー
achieved by detecting the recoil nucleus before decay directly
and the decay particles from the produced mesons at the same
time. Since the effective number of nucleons contributing to the
production is considered 4 to 8,- use of light nuclear targets
might be suitable.
As discussed by Comfort (1), some of two-body experiments
would be feasible examples, in which an incident beam hits Li
target and the recoil nucleus (He, Li or Be) is detected
together with decay particles simultaneously. Then, due to a
relatively small yield, it is necessary to supply an intensive
beam as well as to install detector elements which could be
tolerable under severe background.
- For the latter purpose, a silicon detector is promising. To
present a current situation concerning thick and large area
silicon detectors, we show some of results in Fig. 1, Fig. 2 and
Fig. 3, where the static properties and characteristics of dE/dx
measurements observed with a pion beam (2) and in a usual
experiment (3) are represented, respectively. The details will
also appear in Ref. (4) and Ref. (5).
Further R & D would be recommended toward practical use in
future experiments. In this approach we may pursue making a 4ir-
type silicon detector which is incorporated to measure the recoil
nucleus. It is interesting to continue R & D of the silicon
detector by combining another 4ir-type spectrometer.
— 136 —
before decay directly recoil nucleus 七heby detecting achieved
same 七heat from the produced mesons par七icles七hedecay and
the to con七ributingnucleons number of effective 七heSince time.
light nuclear targets 8，. use of to 4 considered ~s production
two-body experimen七sof some -e
、.，，4
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suitable.
As discussed by Comfort
would be feasible
might be
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will The details respec七ively.represented， are (3 ) experiment
( 5) • Ref. and (4) in Ref. appear also
in prac七icaluse toward recommended be D would & R Further
41T-a making may pursue approach we 工nthis future experimen七s.
recoil the 七omeasure incorporated is detec七orwhich n
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References
1. J. R. Comfort, Hadronic Probes and Nuclear Interactions,
Arizona, 1985, AIP Conf. Proc. No. 133, ed. J. R. Comfort,
W. R. Gibbs and B. G. Ritchie, p. 242.
2. T. Miyachi et al., to be published in Jpn. J. Appl. Phys.
3. M. Asai et al., Phys. Lett. 187B (1987) 249.
4. T. Miyachi et al., submitted to Nucl. Instr. & Meth.
5. T. Masuda et al., submitted to Nucl. Instr. & Meht.
Figure Captions * 2
1. Static properties of 2 mm thick and 70 cm area silicon
detector, the curves represent (A) capacitance-voltage
characteristics, (B) current-voltage characteristics, (C)
response with 1150 nm infrared light and (D) response with a
5.5 MeV alpha particle.
2. Response of seven silicon detectors with a 650 MeV/c hadron
beam. The two prominent peaks correspond to pions and
protons in the beam.
3. Scatter plot observed in an experiment on Yd -*• TT°d, where
deuterons, protons and pions are clearly separated.
— 137 — .
References
1. J. R. Comfort， Hadronic Probes and Nuclear工nteractions，
Arizona， t985， A工PConf. Proc. No. 133， ed. J. R. Comfor七，
w. R. Gibbs and B. G. Ritchie， p. 242.
2. T. Miyachi e七 al.，to be published in Jpn. J. Appl. Phys.
3. M. Asai et al.， Phys. Le七七. 187B (1987) 249.
4. T. Miyachi e七 al.，submit七edto Nucl. Instr. & Meth.
5. T. Masuda et al.， submitted to Nucl. 工nstr. & Meht.
Figure Captions 、1. Sta七icproperties of 2 rnm thick and 70 cm2 area silicon
detector. the curves represent (A) capacitance-voltage
charac七eris七ics，(B) current-voltage characteristics， (C)
response， wi七h 1150 nm infrared ligh七 and (0) response with a
5.5 MeV alpha particle.
2. Response of seven silicon de七ec七orswith a 650 MeV/c hadron
beam. The七woprominent peaks correspond to pions and
protons in the beam.
3. Scatter plot observed in an experimen七 onyd -+-官。d，where
deuterons， protons and pions are clearly separated.
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fPffl©#^E^lci*t5il i f c t t * . 8¥31tt©tf;3&& b t < D £ * » S * f * ' e l
— 141 —
生成ターゲット中停止K+からの μ+ピームとその応用
KEK'今里純、田中万博
( 1 )はじめに
陽子ビームの照射により生成ターゲットから発生する荷電二次粒子のうちに
は、エネルギーが低く生成ターゲット中に停止し、静止崩壊する部分がある。こ
れが 2体崩壊であれば、そこで発生する三次粒子は単色の運動量を持ち、他の
inイ 1ight崩壊に比べ初期運動量が δ関数的に密度が高いので、ビームチャンネル
から単色運動量のビームが得られることが期待される。事実、今日、世界的にメ
ソンファクトリーその他で盛んに用いられている表面ミ.':1.-オンビーム υはπμz
崩壊からの μ+ビームであり、この場合は運動量が 29MeV/cと非常に小さく
、生成ターゲットの表面だけが寄与するのでこの名がつけられた。その高い停止
能と、 100%の偏極度とで μSRに威力を発揮すると同時に、後者の性質を利
用してミュオン崩壊に関する実験もおこなわれている 2)。きて我々の 12GeV
-PSの陽子ビームで発生する K+のうち、ある割合のものはやはりターゲット中
で停止し、その 64% は~~崩壊で 236MeV/c の μ+ ビームとなることが予
想される。このビームは μSR的な応用には何もメリットはないであろう。しか
しピームの偏極度を精密に測定すること自体が、~2.i崩織での V+A流の情報を与
えるために大変興味あるテーマとなりうる。ちなみに、このような μ+ビームを用
いて， 1 G e V陽子の核ターゲットへの照射で、しきい値下の K+生成の断面積を
測定したという例も報告されている 3)。
( 2 )偏極度の測定
V-Aの弱い相互作用では良く知られているように九zあるいはら2.iJ.，.らの
μ?の偏極度は 1. .0である。もしそれからの減少が見つかれば、 V+A流の相互
作用の存在を意味することになる。標準理論の拡張としての左右対称号デルで重
いニュートリノを含まないものによって、このようなセミレプトユック過程での
-141ー
So ^om^o^^ititn^mmiOTR i UMF2) t s i N^om&i-en&nx ^ 2 , £ ft 6 ©*#•&> ffljgtt $ * * v i s $ 6 l ^ -*e v v tMm?&m® e+ffl
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iz&v)7t\ IM\ e + £#jtb, tnfnoaftix^j'b^iijEifc, SEC ft* 0^1#'fli*ftfc/z + © J R ^ * E l - 2 fc**o 9-fy b * - e © x * ; m « - j a 5 « 5
te*BS*-$3'7l'#fcS:&«% 2 3 OMe V / c te K„, fr& £raj£"Ci*fcr-*j&<
S t t & t t S o T 0 FjRiJ£©x 7 -r i / x v M i ^ i f i t J b i ^ t © f + v * ; v t | g
— 142 —
1. 0 - I Pfklと、右巻きの相互作用を伝えるポゾン WRの質量とが関係ずけられ
る。 1Ep2の場合の結果は比較的最近の TRIUMF2)とS1 N4)の実験で得られて
いる。これらの場合、測定はミュオンがさらに μ-+eνν と崩域する時の e+の
エネルギー・スベクトルのエンドポイントあるいは積分の非対称度を測っている
が、右巻き流の存在はMichelパラメータのひとつである εーパラメータをとうして
非対称度にも影響をおよぽす〈完全な V-Aでは ε=1. 0)02)と4)の
結果は、従って、それぞれ P.， L= ・o/ρ くー 0.9966 と 早・ E = 1. 什
0027土 O. ';)084 となっており、前者は m (WR) > 432GeVを、
後者は m(WR))380GeV を結論している。
~2の場合にはストレンジネスを変える過程ということで特別の意味がある
ことになる。 KEKのE99で P..=ー O. 970土 O. 047あるいはH
IPμ 1> 0.902 (90%CL. )が得られている 6)。右巻き流に対しては
カピポ角(s i nθcR)が左巻きの時 (sin8cL) とは一般的には異なってい
るかも知れないという立場にたつと、 ξ=1. 0を仮定して
r m(Wd 2・si n 8 cR ) 2
P.. =-1.0+2イトr- l 1'Y'I .(W筒、 2 • c:- n A _L J
であるので、カピポ角(s i nθcR = s i nθ1 R・C 0 S83R)とm (WR)とに
対して図ー 1のような領域が描かれる。図には πf-2.からのと si n 8 c Lからのリミ
ットも示されている。これから明かなように、次に計画される~7.1の実験は Pμ
> O. 9 9を目標とする必要があろう。
( 3 )πμ チャンネれの午2-/1.++ピーム
我々は 12GeV-PSのπμ チャンネルでこのような μ+ビームがはたし
て存在するかピームサーベイをおこなった。ターゲットは通常用いられている 1
cm厚の Alで、チャンネルのチューニングも標準的な分散モードである。 TOF
により π九 μ¥e..を分離し，それぞれの運動量スベクトルを測定した。 SEC
により規格化された μ+の収率を図-2に示す。ターゲット中でのエネルギー損失
に相当するシフトがあるが、 230MeV/cにK からと同定できるピークがμz 認められる。 TOF測定のエフィシエンシは不明であるが、とのチャンネルで絶
-142ー
&&&©fcl*iT^;5 2 S 6 M e V / c © M M © n * t ©*a*tJ£A>£> x v it if v *J
y F % i < / i + O M a ^ 6 X l O a / l 0 1 2 pro ton i^ f iS I§n3o
S*Mf 6 f t 5 - ? & 3 d ^ o # + © T O F3?fc <£5IH5£©3!)^ xl> ^ / i i t S i S J
s£> * * * * — & # £ > **ite8?#r©:St&^&* — / < ~ * - ^ R : f c t * 2%-eH&
f S H t t ' l . 6 X 1 0 4 e v e n t s / ^ 7 h ( 1 0 1 2 P P P H t ) ^ ^ ^ H^>
a v > - y » b (file u) o^fflt 4x i o,a©^-A^K-r-1 o&aiaaa© t f l O - > 7 K E 9 9 © total good events^ 1 0 4 $ & 8 * > f c (2t f i ) g ^ -
^ t « H 5 , BflHtt i f - * © T f c * 5'< v * ^ 9 * * ! * " * ? * *K £ t t & ^ © 5
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— 143 —
対強度の知れている 236MeV/cの運動量の π+との相対比からパックグラウ
ンドを除く μ+の強度は約 6X 1 02/ 1 012 protonと評価される。
さて、これで e+の非対称度による P 測定を試みる時、どの程度の統計精
度が得られるであろうか。 μ+のTOF等による同定の効率、ストップ μとする効
率、カウンター立体角、それに解析の効率を万一パーオールにたとえ 2%で実験
するとしても 1. 6 X 1 0 ~ events/シフト (1012pppとして〉であり、更に、
重いターゲット(例 Cu) の使用と 4X 1 012のピーム強度で 10倍が望めるの
で 10シフトで E99のtotalgoOd events数 10 ~をはるかに (2 桁〉凌ぐデー
タとなりうる。問題はピークの下にあるパックグラウンドであり、これを今の 5
0%から%のオーダーに減らす努力が必要になる。
(4) S/Nとピームチャンネル
パックグラウンドは主として π+のin-f 1 ightの崩域による。従って、これ
を抑えるにはチャンネルに飛び込む π+を減らさなけれならない。ひとつの方法と
して生成ターゲットの形を特殊なものとし、 π，Kの生成箇所をチャンネルが直
接見ずに、陽子ピ}ムの当たらない K"ストッパー部だけをテャンネルの光源とす
る構造にすることが考えられる。しかし、この方法では収率が絶対的に下がるこ
と、陽子ピ}ムのプロファイルを精密にコントロールしなければならないとと等
の問題もあり、予備的テストでは顕著な S/Nの改善は認められていない。有望
なのはチャンネルを現在の R μチャンネルのような 90・でなく 180・の後方
取り出しとして、 π+の生成断面積の減少に期待することである。 12GeVでの
1 B 0・の dσ/dQのデータはないが B.4GeV/cのデータで代用し(d
2σ/ d p d 0 = 5 mb/sr/MeV/c， A 1， p = 2 0 0 M e V / c ) 6)、 πμ チャシ
ネルでの実測値 20 mb/sr/MeV/c (A 1、 p=200MeV/c)7)と比較すると、
π+の生成は約 1/4で、現在の S/N-2が-8となることが期待できる。また、
チャンネ Jレの見込むターゲットの水平方向の長さが短くなることで、運動量個ム
p"/ pを90度取り出しの時より小さくでき、これにより一周の S/N改善が計
れる。
I)d崩壊による f が寿命 12・6n sで遅延していることを利用できれば
更に有効である。そのためには、現在(完全ではないが)dedunchされて引き出さ
-143ー
J l iTVSIf t^fcr-A*, , sa*fcbunchE%&»-C3lHiL> A t - 1 0 n s g l f f l M
acknowledge"!" 5 0
l)T.Bowen,Phys.Today,38, No.7,22 (1985)
A.E.Pifer et al., Nucl.Instr.Method 135, 39 (1976)
2)J.Carr et al., Phys. Rev. Lett. 51, 627 (1983)
3)N.K.Abrosimov et al., JETP Lett. 36, 261 (1981)
4)1.Beltrami et al., Phys. Lett. 194B, 326 (1987)
5)T.Yamanaka et al., Phys. Rev. D34, 85 (1986)
6)A.M.BaIdin et al., Sov.J.Nucl.Phys. 20, 629 (1975)
7)T.A.Shibata et al., Nuol.Instr.Method 179, 67 (1981)
ffl-1 (TRi^MF KAON FACT» PROPOSAL.) 0-2
300 -
a 2 0 0
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|00 -
0.01 002 Q03 004 O.05 006 0.07 0.08 XtlMtV^Ll/MlWull2
Figure 3.2.6.A. Relation between the Cabibbo angle for RHC versus the mass of the right-handed weak boson for typical values of the muon polarization in the Kp2 decay. The region given by the KEK experiment as well as by the TRIUMF experiment on rr^ is shown.
\
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1 1
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1 M i . i
100 (50 200 250
— 144 —
At-l0ns程度のタイ避にbunch度を強めて引出し、れている陽子ピームを、
もしここれは加速器への特殊な要求となるが、ミングをとることが必要となる。
れらの条件がそろえば偏極度測定に足りる S/Nが得られることになろう。
この話は東大・山崎グループとの識論に基いていることをおわりに、
acknowledgeする。
番考文献
l)T.Bowen、Phvs.Toda百，38.No.7.22 (1985)
39 (1976) 135， Nucl.Instr.Method A.E.Pifer et al.，
627 (1983) 51， Lett. Rev. Phys. 1'11.. 2)J.Carr et
(981) 261 36， JETP Lett. 3)N.K.Abroslmov et al.，
326 (987) 194B. Lett. Phys. al.. et 4)J.Beltrami
85 (1986) Rev. D34， Phys. al.， et 5)T.Yamanaka
629 (1975)
67 (1981) 179.
20，
al.， Nucl.lnstr.Method
50 v • J. Nuc 1. P hys. al.. et
7)T.A.Shibata et
6)A.M.Baldin
回-2
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0.99 0.995
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図-1
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骨川eVん}ザ
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0.03 004 0.05 006
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Flgure 3.2.6.A. Relation between the Cabibbo angle for RHC ver冨usthe mass of the right.handed weak boson for typical values of the muon polarization in the Kp2 dec::~y. The regi()n-，~!v_~ by th~ KEK expe~. rnent a.S well as by the TRIUMF experiment on πμ2is shown.
0.07 002 0.01 。。
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2..) 何事時良鍔宰 I~ 司1/ 'Z n-， A. A .....，jt 寸.J..， ?匂~ f?~・ Le-H. ~ど1 ，/.11 ) /2 '/t!
1) I司J:." バ・ Anc/o ~f.J J 2..-f工"，t.白吋.D"I-1 H...~.，円 ')1'~d川崎f'J' 〆4p"・ I?E'? ~Et:" t.与71'
4) I吾Jlニ S.Fwk吋"d .J. I ..l:: ~毛 p. <1-フク
の司rWD結 SHoP lS中万博氏謂E妻
t) 事 WMK-gFTOPS主否決考G¥諦Iを
ワ) J. 'R{)SYl~々; 2......~工..，t. CO.....千・d'I01./-I...，(;J./TH S~ ，千Y同l..D pシ / Apl'"・1デり I ~Ek i' 35'S".
り斐邸時 '~， '0. Sc.ムω e叶 .J./ 'p匂4 ・ L~*， ~ (1作 CJ)1ι1 .
を~~皐'" !草色和音 17，Jヌマ 211~ W.・roμ z..-I'I....i・乙0"，4・".， HA'/""" 'Spf!41"，何回t'>'"
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'1) 持協同 1T¥芸噌 17， ~. Ct........"'...，;.チJI P匂も./?，.r.心#.~ (1'1;>') 1J'1 .
哉、liI /(. LSI.，.;陶山 1 pk.ys. R-e..r. L.Qif. '1-1:. (1f'i'J) 1ワe.
去を急寺司王剛山- H. c.t..山吋i勺， ゐ ρh伽~oI•ω ~M仰F行…g向ぎ勾f'ωω叫Pシぷ;ιば広8瓜ι/川E抑mげ2げ(1刈言有L存い......削ω』川芋 S. 丹M灼4令~~叫」ゐ， kø V'円J らゐ/'-<吋of!! b~司此 H EHP-b'Mm 9ae均 仰'fY l'Ii>J ß，.øω..O/~ f・IlS".
10) c. T.Jie1"1/sc.' .Qra..R'J N lAcI・p匂4・位&.1' (l1't?d) I .
11) 君f窃辛P手 つつν-:p-Iレヂ茅ぎ・ l' i5九八"~-IL" '1 S字抑暗号宮格与I;笠ア苦 (1'15'& )
12) Ile.f. 2.)
13) .ノ，S-l--占~ e:I-~.， 'P匂4 ・~~. LL7t. 包 ，{19?，/) Jef.6.
14) S. U. cAu""d o-d， p匂4・烏r 乙e:tt.$:J' (1 '1f> S" ) 円 7・
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/?) D. i3a.....4Iペノ と平~ p. I~? ・
，a釘Pη) R.M. 沼仇eがA“タ向'<:1./11.1“s/'1幻) C.ε.dw .... 削""ds.Q..r~ι./ ?匂-!.. R~.r. Le'lゲ.丘?(l1'tf' 2.) 与~~・
之0) S.5/，1J-kt!， 2"'d r...，1. ωィ • l1"J1 H...1 r.例年'f!rfrtmøf)り Ap~ ・ I'!P? Ke/::' J・64.
2j) Rif. q)
之主) τß"""，~ I uTPT-e?・2.0 (ァ01"0，.'+0) >-1'ρ・IPi?
三'3) p. ，4lde eJ~. J C5I?N-EP /l1'ヲ-/{，/ Q 岬 PI tV .• a/. Pヤ屯 ß~7 ρ'14l& J Lf 5' s-，
24) Y. T.wASAki I γ " I .. j・凸ザ・同情'/YIn'Iダ'，..u1...，.，--0 f'>'" -'fp陀 IP~? kE/:， F・]9oS.
討) sエ.B，.匂U.k07TeJ-d・I JIIφ83 ~&・叫ん Se ，.1'比kJ，ð\J' /斤'7 (!Hep si同.，"~IiOV t持 FfeINア)
26) 抑留宇/1f- 本W作向。p 持1毒
2ワ) F・s;ng同 J 2...... I .. t.ω"'1 (;T¥'J H...'/ IJ lfl-t sp.uf '1同ιop>，./ Ap"・JfN7/cEとノ r'Iタ.
'2.41 ) 音ffJsτ時 'PAC定見英会 /'N?字sR
~1) 'Pl"jμ'P，.tf' 白川"....&..4，..，，.，，...吟同
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Baryonia Search
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12 GeV P. 4 x 10'2 PPP, Bunched Beam.
D.C. Separator l£ ck -5 n */e"
AP/PS3%
Ka Beam Line. Duty Cycle Bftjt, Spill rtO^S-»'
7~800 MeV/c K% 105 K+ Stop. K5
K5. 2 x 105 K+. K+n-»-KaP
喜男
氏名 題 名 実験目的 ビーム事足子実ャン験ネ3室Fへの要望
中西彊 惰極陽子ビームを用いる実験 12 GeV pn散乱の Highpt に 6 GeV以上の偶極陽子、名大・理 おける Ann.
6 Ge¥'以上の pnにおけるむ {高極率 40%以上
高松邦夫 メソンスベクトロスコピー エキゾチックメソン探索 9 GeV/c 以上のπ士、KEK 2 l( 105π-
小林正明 Stopping 4ntiproton Baryonia Search K5ラインの後へ K4設置、E可periments St.opping P
今里鈍 Stopped K+からのμー μ+の偏極度による V+A.相互作用 12 GeV P. 4 X 1012 PPP、田中万博 Bunched Beam. KEK
川島祥孝 Surface μ+を用いた μや e→μ-e+ O.C. Separatorによる μ‘/e-
東大・中間子 ミューオニウム変換 分離
ð.P/P~3%
小林一 CP Viblation in KL→ 1l Jee CP Vibtation が BeamLine. Duty Cycle改造、京大・理 Spi 11肉の強度一様
小林正明 K+→π+νν Standard Model. Top Quark Mass. 7-800 門前/cK+、4th Generation Ouark 105 K+ StoP. K5
稲垣隆雄 Tagged K白 K0・K白川xing.CP非保存 K5. 2 X 105 K+. K+n→K0p
吉村原稿のまとめ
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— 154 —
氏名 題 名 実験目的 ピー為事二男.第必要望
柴田徳思 INS-SKSを用いた物理 核内の粒子共鳴、 πによる 0.4-1.6 GeV/c 東大・核研 核分光ハイパー核等 π，K
永江知文 SKSスベクトロメーターと GeVπKによる原子核研究 1-2 GeV/c 東大・核研 新実験室 π土、 K土、 P土、f:l.P/P謡011%
107π+ 67 ton/m2、10 x 10 則定
新井一郎 ハドロン-原子核反応での Cumulative ^、 ~0生成 2-8 GeV/cπ. P .. 筑波大 ハイベロン生成 2-3 X 106、5φ以下
木村喜久雄 高エネルギー陽子・核反応 Heavy f'ragmentの門uI t i p I i c i ty 1-12 GeV/c、108 ppp、数mmロ九大・理 によるトlult. i f ragmenta t. i on
宮地孝 A Thick and Large Silicon Heavy Meson Production from 東大・核研 Def.ector Nuclei
藤原一郎 高エネルギー陽子による 光子による Spallat.ionとの比較 ビームライン上涜に照射設備、追手門学院大 核化学 化学室と測定室
丹羽公雄 エマルション・カウンター ダブルハイパー核、 H桂子 高 K-l7cRatio、小ハロービーム
名大・理 の複合技術
都留常暗 ハドロン物理と H粒子 π1→K+K+H、 9 GeVlc以上のπ¥KEK PP→K+ K+H 2 X 1012 PPP以上
-』
]FU品
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A m
znmwMo-Mmm'z~-^ximm : rKEK-PS<D*»f^Ifr^si-iiico^ xJ ("H igh Energy News Vol.6 No.7) IZ & £ £ b *B3 b
PKDX. cici-e^yji-rcirjijgct. ^©¥
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( t~-tf»K)«*« b ) ( ^^ ) ( r - a - f - rS^ )
4xl012ppp 0.4Hz 0.27u \ \6%
7.5xl012ppp 0.4Hz 0.5 uk 16"£
7.5\10uppp 0.5Hz 0.62//4 90^
®l-GeV LINAC&M. r f * t & 2x10'3ppp 0.7Hz 2.3 //A 90S
(DPS Magnet MMigte 2x10'3ppp 1Hz 3.2 uA m:
f a ~ f - f - 7 7 ^ 5 - 90ljyjt©iSfigSC iff l * if - A fc ft * ©T> iM^S&tt&S&gTjtt
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— 155 —
来月宝宅居実霊室と P S土曽弓J虫
.大型ハドロン計画への接続について・
kEI¥ 中井浩二
EPl新実験室の建設計画につい℃は別稿:
rKEK-PSの新実験室計画iについてJ ("High Enerぉ・ Nel'・s¥'01.6 ~o.7) にあらましを言己し
たので、ここで繰り返す乙とは避け、その写
しを添付する。新実験室の建設は、ヒームチ
ャネルの数を増やし、多様化したユーザーの
要求に応えるという点だけでも大きな意味を
持っと考える。
しかし、新実験室の建設に対応して PSの
ビームが増強できなければ、まさに
「仏をつくづて魂をいれない」
ようなものである。内の増強計画を進める
ことが強く望まれる。 PSの増強については、
1986年4J::Jのl¥EI¥物理専門委員会の提言に端を
発し、大型ハドロン計画の一つの柱として推
進作業部会で検討されてきた。更に検討作業
は第二推進作業部会で続いているが、これま
での検討内容について紹介しよう。
まず、物理専門安員会の提言に応えてビー
ム強度を10倍あげる方策について、推進作業
部会が作ったシナリ才は抄:の通りであった。
これをA案と呼ぶことにしよう。
このシナリオではストレッチャーの建設が
最も重要な要素の一つである。ストレッチャ
ーを付加すると、 PSの主リングは加速に専念
できるので繰り返しを早くすることによって
平均ビーム電話〔を増すことができる。さらに
ストレッチャーから取り出されるビームは
-155ー
日J\ ':'ß~当り 平均
(t--b強度)(繰返し)(電琉)(子-rTi'因子〉
①現状
4xl012ppp 0.4Hz 0.21μ4 16t
②現行の改良
7.5xl012ppp 0.4H2 0.5μA 16'%，
@ストレッチャー建設
1.5可101':'PP11 0.5Hz 0.62μ4 90':.
④l-GeV LlNAC接続.rf増強
2xl013ppp 0.7Hz 2.3μ" ~10'%.
⑤PS Magnet電線増強
2xl013ppp 1Hz 3.2μAωτ
デコーティーファクター 90':'以上の直涜に近
いビームになるので、測定器系の処理能力は
大幅に向上する。
ストレッチャーの建設費は 40-50億円と
見積られた。ストレッチャーを現在の主リン
グトン字ル内に設置できない場合ば別にトン
ネルを建設する必要がある。トンネルは 20億円程度でつくれるという見積りもあったが
第二のトンネルを作ることについては、いろ
いろな観点からの反対が多く、ストレツチャ
ーの建設案は後退せさ-るを得なかった。
では、ストレッチャーの建設を諦めた場合
とのような PSの増強策が考えられるであろ
うか? 予算規模に応じてB.C二つの案
が考えられる。
B m
4xlO,2ppp 0.4H2 0.27//A 16%
7.5xl0,2ppp 0.4Hz 0.5 ill 16%
®PS Magnet mm%& 7.5x10'*p.pp 0.43Hz 0.54juA 37%
®l-GeV LINACMI. rfi£& 2x10*3ppp 0.56Hz 1.8 uA 47%
CCDBmit PS Magnet»©£&fc 26{gR rf©ig3£K 221SR. WttT&50i§R©ttIi x&%o e'-2^7i£##j7fg{;:ft*K f i -T-Y-77'??-#3lgU:j ;<&.5o c t l t : ttb 1-Gel imCxD&mt rf^&lZtiztb it cmamz^nt&mi'bis <&25<*R©& WXm\B(DK-l*&&t>m?>tl%o b*»U
c m
®mvt 4xl012ppp 0.4Hz 0.27/M 16%
7.5xl012ppp 0.4Hz 0.5 tfA 16%
®l-GeV LINAC&&, rfig& 2xl013ppp 0.47Hz 1.6 fiK 19%
zzizwtbtiAm^ Bm> cmvmmz %**. *M>\Fayim®Wm<am&V£Z lZMfrii%i)HZ&<m?\jX\^o PS£ffl^
/z^SK«> zn s x<Dmft±.w&$^$t
^izmb^r-fTjrizta-ytztyn&mm*
U 5 ^ ±12©A. B. CHOP'S ^T titfimtiiitzm-SX^ f-A?lJg©JS^:G & 1-GeV LINAC © ^ g t ^ g ^ M S ^ H ^ ' C & 3 . 1-GeV LINAC Ji lS©a© R&D Itmz tetoti^^ * M A KO >!-}«;*?-h b T LINAC (DMmttetiX*>#!%!$>* xizmt%i%r$*^±%i:* tfmm^.®7cf& &-Q®£fL<Dmtii)i&z>z.tttf£im^z:£o x&z>o corn, \?-2*&m£g><ti>mvi <D2feW£lZ£}a£%iz&;7L?>*<%X$i5?o *m>\Fnyitmizk% PS ®nw-m
b ^ b . -^^mAKn>It®*^S^S
xom, %mt=.-=>0n%km*iiwzfemb
%tw<D&mtm&&<bmizft-?x^%o ^©
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©mitt aft %>nm.uWi*mo z tvx t &. mnmmitmvmznmmimftmzn «?, tz?-fUWTa.-)\>*sLX*>±.X. *3Eft
— 156 —
日①現状
4xlOt2ppp 0.4H2 0.27μA 1鴎
②現行の改良
1.5xlOl2ppp 0.4Hz 0.5μA 16%
@PS Hagnet電耀増強
7.5x10tξp'pp 0.43H2 0.54μ4 宮市
@1・GeVLINACj量続.斤増強
2xl013ppp 0.56H2 1.8μA 47%
このB案は PSt1agnet.電源の交換に 26億円
rfの増強に 22億円、併せて約50億円の計画
である。ビーム電流が約7倍になり、デュー
ティーファクターが3倍によくなる。これに
対しトGeVLlN.¥Cの接続と rf増強にとどめ
たC案は更に予算規模が小さく約25億円の投
資で約6倍のビーム強度が得られる。しかし、
ヂコーティファクターは殆ど改善されない。
日①現状
・4xl012ppp'0.4Hz 0.27μA 16%
②現行の改良
1.5xl0t2ppp 0.4Hz 0.5μA 16%
@1':GeV L.' NAC接続，斤増強
2xl013ppp 0.47Hz 1'.6μA. 19%
ここに紹介したA案、 B案、 C案の選択は
当然、大型ハドロン計画の物理の重点、がどこ
に置かれるか記強く依存してい弓。 PSを用い
た物理には、これまでの積み上げがあり実績
がある.大型計画の推進力として、実績は最
も重要な要素で必要条件である。しかし、充
分とはいえない。 PS物理に重点、を置くために
求められてい弓ことは、従来の実績に加えて
更に新しいアイディアにたった物理の展開を
求め、ユニークで魅力ある実験計画を提案す
る姿勢である。
ところで、上記のA.B. C案の中、いず
れが選ばれた場合でも、ビーム強度の増大に
は l-GeVLI NACの接続が最も重要な要素で
ある。 l-Ge¥'LIN.¥C建設の為の R&Dは既に
始まっているが、大型ハドロン計画がスター
-156ー
トしてしINACの建設が始まっても尚完成ま
でに要する時聞を考えると、新実験室の完成
よ・り数年の遅れがあることは間違いなさそう
である。この問、ビーム強度は多くとも現状
の2倍程度にとどまると考えるべきであろう。
大型ハドロン計画による PSの増強が一刻も
早〈実現すること宅期待する。
しかし、一方大型ハドロン計画が始まるま
での問、当面は二つの実験室を有効に活用し
成果を挙げていかねばならず、現実的な実験
計画の企画と調整が必要になっている。その
為には今回のようなワークショウプ宅開催レ
ユーザーの意向をよく把握して計画を注意深
く進めていくことが大切であると考える。
今回は50名を越える参加者からいろいろ計画
の指針となる貴重な話を伺うことができた。
新実験室計画の更に実際的で詳細な案をねり、
また、現実験室で進行する物理実験をも含め
たタイムスケヂュールを立てる上で、大変意
義深〈有益なワークショップであった。
最後に参加者の皆さんに深く感謝致します。
K E X - P S C D S r H B ^ S S M K l O l i T (High Energy News Vol.6 No.7 J; «9)
KEK * # & -
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uy (KEK-PS) K S f b ^ £ g £ M 3 i a * - « H -
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-#> KEK-PS K«k««5a©Ji»^Ko^ Tiis ps-pAc^«ja#ngin^G*>Jt*»ift £ i S b \ K © Rare Decay ^ Hypernuciear Physics teZ-X&mVkTt'-^ZMfatZM ^ T KAON Factory§tIJ©^15l#JStiT^<5 3M*"T?tt<I © £ » « ! « « • * KEK-PS © ^ f i j { i MM"??. £©«f f l i© i i«)^ t t^3 l5^©«S»Sb £: U -CSH^" "b©TJ««« £&> S o £"e *>#< C © # x . t t ! g K * £ ! A F O > f h H K o
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* t l ^ *3$Jgfc*-2*;£ftSJ©M©m i i©fe&s IHJfiff i^-fXEPDKUr^K^* 5tSSb^lllfcS(EP2)©fcr~i»^-f>©-fflJ *&8W*S** : fcT&* i fc<&l ia ) . £ © S *25S i r *& f c PS *Di$S©3fciti:fcr-i;^ -f>©^S£S-r^fiffl*ngfii6o^g«fc«)§
§2. EPll9f^li^Si-ai©«(S
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* ! & 5 K - T ^ * . ^©HH^galKSWt PS
MS? h >*;i>©jgjtt3ftgE£fcttfefire
h>*;n*i©e-i^-f>uu *&&t:
KE~{-P Sの新実験室建設計画について
(High Energy News Vol.6 No.7より)
KEK中井浩二
高エネルギー研 12・Ge¥'陽子シンクロト
ロシ (KEK-PS)~こ新しい実験室老建設する計画が軌道に乗り始めた。この計画は、大型ハ
ドロン計画とは別個tこ、現在のほK-PS実験
室の放射接対策として立案されたものである。
しかし、近い将来大型ハドロシ計画が実現し
た時には、その中の "KAON 4RENo¥"につながることが予想される。未だ計画が全て固ま
ったものではないが、現時点における構想を
報告する。
s しこれまでのいきさつ
高エネルギー研では、所長の強い指導の
下に放射線の安全管理老厳しく進めている。
とりわけ、周辺住民に対す弓配慮から、研究
所境界における放射線量を現行の法定規制値
(500 mrem/年〉の1I10Otこあたる線量(5mrem /年〉を管理目標に設定している。
一方、 KEK-PS によ~物理の進め方につい
ては、 PS-NCや物理専門委員会における議論
を通じ、 Kの RareOecayや HypernuclearPhysicsなど大強度陽子ビーム老志向する物
理に重点在おく方針が立てられた。欧米にお
いて Ko¥ONFactory計画の実現が遅れている
現状ではこの分野における KEK-PSの役割は
重要で、この物理の進め方は将来への橋渡し
として意義深いものである。また、云うまで
もなくこの考えは更に大型ハドロン計画につ
ながっている。
大強度ビーム志向の物理を進めるには、
現在の実験室(EP2実験室と呼ぶ〉では放射線
管理の面で限界がある。コンクリート・プロ
ι ツクを積み上げたシールドでビームライシを
作る現在の EP2実験室の方式は、ビームライ
-157ー
ンの設置・ j説廃が容易で柔軟性に富んだ実験
室運営には重要であるが、大強度ビームを扱
う実験室には向いていない。つまり、
(1)コンクリート・アロックの積み上げでは
どうしてもシールドの弱い点ができ易い。
(2)コンクリート・プロックは高価につく。
(3)遠隔操作などの防御対策は予め充分に計
画され規格化された方式の導入が必要で
自ずから柔軟性に欠けたものとなりコン
クリート・アロック方式とは相容れない。
などを考えると、現在の EP2実験室とは異な
った基本方針による新実験室の建設が必要に
なっている。
そこで、大強度ビーム志向型の物理の推
進のため、旧泡箱ライン(EPl)に新実験室を
建設し現実験室(EP2)のビームラインの一部
を移設す弓案が立てられた〈第1図〉。乙の案
老実現する為に PS加速器の改造とビームラ
インの移設に要する費用を昭和60年度より毎
年概算要求してきた。この要求が本年度の大
型補正予算のーっとして採択され実現するこ
とになった。
S 2. EPl新実験室計画の概要
新しく建設する実験室をrEPl新実験室」と
呼ぶことにした。
EPl新実験室のレイアウトを第2図に示す。
建屋については、まだ概算要求の段階である
ので最終確定図とは言えないがこの図を基礎
に計画を進めている。新実験室は、F.P!ライ
ンと呼ばれていた旧泡箱ビームライニ".1)位置
に建て石。一次ビームラインは、建屋の一部
とじて建造する固定のトンネル肉に設置する。
この時一次陽子ビームの強度は 5:<10¥2pps 迄受けられるように、トンネ)1，の壁の厚さ
を設計し，ている。この陽子強度の限界は PS
加速器トンネルの遮蔽強度に合わせた値で
ある。
トンネル内のビームラインは、大強度ビ
ームに対応した保守・運転が出来るよう、各
K2. KO. %n «IBEP23SS^«fc9£K-Bfcfi r « t f t c c*i*^«: i tnau-CSfe IKS
ttftfcf—A^-fi' K5 * ! 3 f S ^ « . &GU #
ft^fr&ftb.koo
frttg-A^;/ KO tt» KEK-PS © * & 9 -r ^ £ b -caiffiasa**iH K+iaHHowsii
c©*i*fcu im(D\wmm*®.k%mwL<b umx. tg^sunxs ssc -e*>R«fc^i5 x*;U¥H5^©#£££3££:U:*lSbT V»*. KEK-PS ©X^Mf-fSgWylMb *3ftfc£#ftTSlSfcS^£«©-"3T?**. ftoT. 2*i£i*4'©w&#*«&a*-*3gsfc SSHT?SIK BNL-4GS « l » t t « S I « i r « ^
©^is reau S f K > - 4 9 - f > E £ & t : - A »
V^ZfcKifc*. * :©£- i»9- f>Tr t tSfc K°L - nae*e" ifig©8ggC«fc •) CP © # mft*?7,hTz>n®(Dmm*>&<o* mm? fym®&ft$%®mtik%m&z>fc>sbizmijmjm
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8 » * S * K**M?©f*ft8©3tifc5iw%K. 6ft 3 . a U c W - T W J f t a - " ^ * h n-f * > : * * * n a y — * - « . J U l c S E ^ f t 3 . U*»bn K5 fcf—i*9-f >**C©^-N^ b a y — y - K i S # * t i T t t a ^ © T ? n i i f t ^ :
© » S * f l - B b T ^ 3 . K5 5-f > t t . xtf —A©Slfttc*,lS7t. 3 C £ i i ? - 5 *"54>3ft^ **s KBH ae-2»*tt '5feabE& K5 © « 3 C K4 S B S l f S 3 <fc 5 x « ; y©Stt-iiUfcffc
§3 . Si^SimJilS©5-fAX'!r7 ra-;u
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S H - i S * « M K i i » ^ o i ) 0 ^ i S « . K5 7 •f > © a K t t £ t ^ © £ i d 6 K : a * > t t T e g * £ l t ^ < £ » * * * * ^ © ^ © ^ - A ^ - f ^ E •ol%x«> EP2^8E^Ul*)tt^^ft©ii^fi: *fb^i!§g©#SE* J; <^3&**$ii»«-Mtf T r S ^ f c ^ x T l ^ . K2. KO ©&IS& 65 ^ a ^ I f c T i ^ . 66^5CJi^-Co5^5ib * g ' \ K i a > t H j E « k * PS fcr-A©3£jgti
§4. EPl$f£t tg£EP2£$g
J g | ^ £ - i * K c f c 3 - & e - A # 8 ? ^ f e f l ! £
i i ^ ^ M o a i 0 tts b fcw,*JH,**£6>^i?
3, STfiltbTte^SftlfiKOtt.**^* EP2
— 1 5 8 -
部の記置や材料の選択に注意し、可能な限り
遠隔操作の技術を導入する.
EPl新実験室には、 Z本のビームライン
K2. KO.πμ 老IBEP2実験室より移設・改良
すると共に、これまでに準備してきた低運
動量ビームライン K5を新設する。次に、各
ビームラインの概要と期待されている実験の
内容を紹介しよう。
K2 7::( YG;f:、現在χ中間子ビーム宅用い
た〈π.K)反応によ否ハイパー核研究に使わ
れているが、移設後は、高分解能大型超伝導
スベクトロメターを設け、 π中間子や K中間
子ビームによるスベクトロスコピーに活躍す
ることが期待されている。
πUラインは、 K2のパラサイトラインと
して限られた条件の中で効率よく使われてき
たが、穆設後は π.μのビーム強度老上げる
と共に良質のビーム宅取り出すよう設計され
てい弓。
中佐ビームライシ KOは、 KEK-PSの看板
ラインとして最近建設され、 K中間子の稀崩
壊過程 K'¥→ μeを探す実験が進んでいる。
この実験は、現在の標準理論を超える現象の
探索で、超大型加速器 sscでも及ばない高
エネルギー粒子の存在を探ることに相当して
いる。 KEK-PSのエネルギー領域でテスト出
来る最も基本的で興味漂い主題の}つである.
従って、当黙世界中の研究者が注目する実験
課題でおり、 BNL・ ~GS における実験と競争
になっている。第一段階は良いが、第二段階
の実験では、新ビームラインに移りビーム強
度を上げて実験しないと BNLと続争出来な
いことになる。このビームラインではまた
KilL → χ"e・5 過程の探索により CPの非
保存をテストする実験の提案もあり、嚢位子
物理の最先端の実験を進めるために量も重要
なヒ-ームラインである。
新設する位之4とは、低運動量の仲
間子ビームを取り出すビームラインである。
ここでは主に静止、 k中間子を用いたハイパー
-158-
骸研究ゃ r中間子の稀崩壊の実験等が考え
られる.東大グループが制作しているトロイ
ダルスベクトロメーターは、ここlこ設置され
弓.しかし、 K5ビームライ〉がこのスベク
トロメーターに占有されては困るので可動式
の設置を計画している。1'5ラインは、 πビ
ームの実験にも使えることは言うまでもない
が、反陽子ビームを使うためには K5の後ろ
に限定移設でき弓ょうエリアの設計に柔軟
性を持たせてある.
~3. 新実験室建設のタイムスケデユール
新実験室建設の基礎となる π中間千ヲャ
ネル移設計画の予算は、本年度の補正予算と
して認められ、既に電磁石など.ビームチャネ
ル要素の製作を始めているが、建屋の建設は
昭和63・64年度予算になるので、 EPl新実験室
の完成は 64年秋にな弓。
ビームラインの移設はそれから始まる。
この移設計画により物理実験の進行が停滞す
弓ことがあってはならないと考え弓ので、建
設計画を慎重に進め弓つもりである。 K5ラ
インの建設は実験室の完成に合わせてできる
だけ早く進めるが、その他のビームラインに
ついては、 EP2実験室における実験の進行と
新しい提案の状況をよく見ながら進めるべき
であると考えている. 民2.KOの移設は 65
年になると思われる。 66年には全てが完成し
大型ハドロン計画による PSビームの強度増
強老待つ状況になっているであろう。
S 4. EPl新実験室とEP2実験室
始めに述べたように EPl新実験室は大強
度陽子ビームによる二次ビーム宅用いた実験
に重点を置いた実験室である。 EPl新実験室
は当然遅い取り出しビーム宅用い弓実験室で
ある。これができ弓と、 EP2実験室といかに
ビームを分けて使うかという問題が生じてく
弓。前民として放射線遮蔽の観点から、 EP2
実験室では従来の強度以上のビームを使うこ'
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— 159 —
第l図
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KEK-PS tt. 1*ISl(D7jca!«u36lfiS^<Def
=はできないが、両方の実験室が有効に使わ
もる方策を考えたいと思っている。
PSから遅い取り出しビームを同時に両実
食室に出すことは容易でない.加速器グ)1，.-
fに強く要請し、検討して貰っている。原理
ヲには可能であるが、いつできるか約束でき
主いといわれている。スピル毎に振り分けて
二つの実験室に遅い取り出しビームを出すこ
ごは可能で、当初はそのような使い方になる
Eあろう。
このようになると両実験室にまたがった
尾験計画の調整が大切で、しっかりした基本
7針を固める必要が生じている。それには、
Eずユーザーの意志意向をよく把握すること
戸第ーである。ワークショップや研究会を重
ヨ検討を進めていくつもりである。
~ 5.新実験室と大型ハドロシ計画
新実験室の建設計画は、大型ハドロン計
百と別個に提案されたものであるが、大強度
1'_ム実験室を建設した後は、これを活用す
5ために大型ハドロン計画による PS加速器
フ陽子ビーム強度の増強に大いに期待をかけ
5ものである。
KEK-PSは、世界の水準に並び海外の研究
まに注目される存在になったが、更に一歩前
こ出るためには大型ハドロン計画による増強
バ強〈望まれる。
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![epub.ub.uni-muenchen.de · JHEP01(2014)109 [GeV] 0 m 1000 2000 3000 4000 5000 6000 [GeV] 1/2 m 800 700 600 500 400 300 q~ (2400 GeV) q~ (1600 GeV) (1000 GeV) ~ g (1400 GeV) ~ g >0](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/5f5af63e9c508c0a904d8c92/epububuni-jhep012014109-gev-0-m-1000-2000-3000-4000-5000-6000-gev-12-m.jpg)
