フェルミ研 SeaQuest 実験のコミッショニング結果と今後の実験計画

澤田真也、小畑滋希、後藤雄二、 Florian Sanftl 、柴田利明、永井慧、

中野健一、宮坂翔、宮地義之、他 SeaQuest Collaboration

JPS Fall Meeting at Kochi, Sep. 22, 20132013/9/22 1

目次• SeaQuest 実験の物理• SeaQuest 検出器• コミッショニング ランとその結果• 物理ランの計画

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1. 陽子内の sea quark のフレーバー非対称度

• 陽子内の sea quark 、特にの研究• Gluon splitting

• Naïve assumption

• NMC (Muon deep inelastic scattering ,1991, CERN)

• E866/NuSea 実験 (Drell-Yan, Fermilab)

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𝑢𝑢 𝑑

𝑑

　 （フレーバー非対称度） @?? @

陽子中の存在量

Drell-Yan 過程

𝑑 (𝑥)𝑢(𝑥 )

𝑥E866 実験の結果と CTEQ による予想

~70% asymmetry

2. フレーバー非対称度の起源 • パートンレベルでは

– パウリの排他律• 陽子は ( ) で構成されているため、よりも

の方が生成されやすい。• この効果による非対称度は 1% 程度

• 中間子・バリオンレベルでは– Meson-cloud model

• ( 確率が高い )

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𝑑 (𝑥)𝑢(𝑥 )

𝑥

difference

or ????? @

SeaQuest:

3. SeaQuest 実験• E906/SeaQuest 実験 (Drell-Yan)

• Drell-Yan 過程の断面積

• 非対称度の求め方

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𝑑 (𝑥 )/𝑢 (𝑥 ) for0.1≤𝑥 ≤0.45

𝑑 (𝑥)𝑢(𝑥 )

𝑥

前方測定のため

ターゲット陽子中の anti-sea quark へアクセス

Beam Energy:120 GeV (SeaQuest) 800 GeV (E866/NuSea)

断面積 : x7ルミノシティ : x7 統計量 : x50

Drell-Yan 過程

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𝑑2𝜎𝑑𝑥𝑡 𝑑𝑥𝑏

= 4𝜋 𝛼2

9 𝑥1𝑥21𝑠∑ [𝑞𝑡 (𝑥𝑡 )𝑞𝑏 (𝑥𝑏)+𝑞𝑏 (𝑥𝑏)𝑞𝑡 (𝑥𝑡 ) ]

SeaQuest の実験精度の予想

SeaQuest/E906 での統計の改善

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• 青バンド： CTEQ6• 赤点： CTEQ6 の中心

値から SeaQuest での統計エラーを加味してランダムに振った値

• オレンジバンド：E866 の点と赤点を使って CTEQ6 の方法で再フィット

Boer-Mulders 関数の測定精度予測

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4. SeaQuest スペクトロメータ

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Drawing: T. O’Connor and K. Bailey

• 日本グループは Station 3 の検出器の製作と運転を担当している• Station 3 には St.3+ DC と St.3- DC がある。• トラッキングディテクターグループで中心となり働いている

5. Commissioning run

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• 2012 年 2 月 20 日～ 2012 年 4 月 30 日– 120 GeV/c 陽子ビーム , 19 ns インターバル (53 MHz)– Beam 強度 : p/p, 5 s spill at 1 minute interval– Target: H2, Empty Flask, D2, Fe, C, W 正常に動作

• 2013 年 10 月から 2 年間の物理ランを始める• Beam 強度 : p/p, 5 s spill at 1 minute interval• 2 年間で約 個の陽子を得る

ミューオン対の飛跡の例

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コミッショニングランの結果～検出器等の課題と対策～

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サブシステム

課題 対策 状況

ビーム バンチ強度の不安定性

ビーム引出電磁石のフィードバック制御

加速器グループが作業中

高強度バンチの trigger veto プロトタイプテスト

トリガー High mass での検出効率の理解

FPGA logic の改良、 MC による geometry 確認

ハード、ソフトともに作業中

ホドスコープ

検出効率の低下 @ 高レート時の St. 1

PMT base の大容量化 完了

ワイヤーチェンバー

検出効率と位置分解能の評価

物理ランに向けた HV 調整 ほぼ要求値通り。微調整を行なう

St. 1 のレート耐性と検出面積

新 St. 1 の製作 Colorado Univ. にて製作中

St. 3+ のクロストーク

HV & 読出回路の改良 完了。宇宙線データで改善を確認

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コミッショニングランの結果～ J/ψ 再構成による測定テスト～

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課題 結果

J/ψ ピーク幅 = 質量分解能

ΔM ~ 0.3 GeV/c2 … ほぼ要求値

Z-vertex 分布 = Target-vs-dump separation

High mass での統計量が少ない為に評価が難しい。Low mass での MC との比較を行なっている

再構成効率 ヒット数の少ないイベントではほぼ 100% 。ヒット数の ( 想定より ) 多いイベントを解析すべく、トラック再構成アルゴリズムを改良中

• ２種の独立な再構成アルゴリズムによるクロスチェック• ヒット数の多過ぎるイベント (cf: バンチ強度の不安定性 ) は解析

から除外

Dimuon mass distribution

• J/psi の再構成に成功• 質量分解能 @ J/psi ~ 0.3 GeV/c2 … ほぼ要求値• ヒット数の少ないイベントのみを解析した。トラック再構成アルゴリズム

を改良中2013/9/22 12

物理ランの計画• Main Injector がアップグレードされた• 現在は引出ビームラインを整備中• 本年 10月下旬に SeaQuest 実験へ最初の

ビームが届く• 2年間のデータ収集

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8. まとめ• SeaQuest 実験はドレル・ヤン過程を使って陽子内の をブヨルケンがの範囲で測定する

• 2012年春に２ヶ月間の commissioning run に成功した• ステーション３の下半分のドリフトチェンバーを新規インストールし

てコミッショニング中• 検出器等の改良は多くが完了した• Commissioning Run の解析が進んだ

– J/Psi ピークの確認と質量分解能の評価→目標値を達成– ターゲット付近の z vertex 分解能を評価中

• 2013年 10月末から物理ランを開始する

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BACKUP

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6. ビームラインのコミッショニング結果と予定

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• Trigger & DAQ– 強度不安定なビームによる 大量のヒットを持つ “ splat event”– そのようなイベントを除外するトリ

ガーロジックを開発– 現在加速器のアップグレードが行われ

ている（電源安定等）

• ２つのビームラインモニター– アンサーモニター　（山田財団）– チェレンコフカウンター　（科研費？）

• ビームステータスを加速器メインコントロールルームへ即座に送ることが可能

• DAQ システムの veto 信号を作ることが出来る

• ルミノシティの正確な決定が可能になる

ビーム強度 vs 時間 (ms)

周波数領域 (Hz)

Commissioning run

物理ランに向けて

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7. 検出器のコミッショニング結果と予定

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• 検出器 (Hodoscope, Drift chamber, Drift Tube)

– ノイズ除去、ホットチャンネルの問題は　　早急に解決した。– 安定して稼働した。– トラッキング等の解析が進行中

• ステーション１及び３－（下半分）のドリフトチェンバーのアップグレードが進行中

– 新しいステーション１のドリフトチェンバーは大きなブヨルケン x に対してのアクセプタンスを広げる

– ステーション３－のドリフトチェンバーの現状については、 26aHC-9: 永井慧 によって詳しく発表された

• 5% の統計量増加が予想される• 5月に準備完了 ステーション３でののヒット分布（MC シミュレー

ション）

ステーション３－の DC のワイヤーは全て自分たちの手で張った

𝑥

𝑦

Commissioning run

物理ランに向けて

• イベント例 … J/psi

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• イベント例 … high-mass D-Y (6 GeV/c2)

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