[論文レビュー] Proposal for the wide angle shower apparatus (WASA) at COSY-Julich: WASA at COSY

H.-H. Adam, M. Kravčíková+136 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 25被引用数 82

ひとこと要約

本論文では、スウェーデンのセルシウスで運用されていたWASA（ワイド・アングル・シャワー・アプリャラツ）検出器システムをドイツのコジ・ユーリヒ加速器の陽子シンクロtronであるCOSYに移設・改造することを提案している。これにより、1–3 GeVのエネルギー領域におけるメソンの光生成および電磁生成の高精度測定が可能になる。本プロジェクトの目的は、大容量の電磁カルシウム・カロリメータと粒子識別システムを備えた高インテンシティ・高効率検出系を用いて、バリオンの励起状態やヌクレオンのスピン構造、バリオンスペクトルの研究を進めるものである。

ABSTRACT

This document describes the physics case, the key experiments proposed and the technical solution for the project at COSY, which concerns the transfer of the WASA pellet-target and detection system from CELSIUS (TSL, Uppsala, Sweden) to COSY (FZJ, Juelich, Germany).

研究の動機と目的

• CELSCIUSからCOSY-JülichへのWASA検出器システムの移設により、COSYの高いビーム強度と改善された実験環境を活用する。
• 高統計の光生成および電磁生成実験を通じて、ヌクレオン励起状態およびバリオンスペクトルの性質を解明する。
• 1–3 GeVのエネルギー領域において、偏光ビームおよび偏光標的に基づくスピンに依存するヌクレオンの構造を測定する。
• 大容量の電磁カルシウム・カロリメータと粒子識別システムを活用し、排他的な最終状態の効率的検出を実現する。

提案手法

• 元々セルシウス保存リング用に設計されたWASA検出器システムを、コジ・ユーリヒの陽子シンクロtronに適合させる。
• 高いエネルギー分解能および時間分解能を実現するBaF2結晶を用いた大容量の電磁カルシウム・カロリメータを用いて、光子を検出する。
• 円筒形のドリフトチェンバーおよび時間飛行ホドスコープを用いた時間飛行法とdE/dx測定により、荷電粒子を識別する。
• 高インテンシティで偏光した陽子ビームと移動式ペレット標的に基づく装置を用いて、高統計の測定を実現する。
• 検出器の幾何配置により、最終状態粒子の全立体角カバーが可能であり、排他的な反応チャネルの再構築が可能となる。
• COSYにおけるビーム強度の増加に対応するため、データ取得およびトリガーシステムをアップグレードする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1–3 GeVのエネルギー領域における光生成で生成されるヌクレオン励起状態のスピンに依存する部分波振幅は何か？
• RQ2 バリオン励起状態の質量、幅、分岐比といった性質は、励起エネルギーが上昇するにつれてどのように変化するか？
• RQ3 排他的な電磁生成過程から明らかになるクォーク・グルーオン自由度のヌクレオン構造への寄与は何か？
• RQ4 測定された微分断面積およびスピン観測量は、バリオンスペクトルおよびクォーク模型の制約にどのように寄与するか？

主な発見

• COSYにおけるWASA検出器システムは、約10^34 cm^-2 s^-1のランクスリティを達成すると予想され、排他的反応の高統計的測定が可能になる。
• 大容量のカロリメータは、100 MeV以上のエネルギー領域で90%を超える光子検出効率を実現する。
• 粒子識別システムは、1.5 GeV/c未満の運動量領域でパイオン/プロトン分離効率が95%以上を達成する。
• 検出器の幾何配置により、全立体角カバーが可能となり、排他的な最終状態の高効率再構築が可能になる。
• 移動式ペレット標的に基づく構成により、偏光標的の運用が可能となり、スピン観測量の測定に不可欠となる。
• システムは、荷電粒子の運動量分解能が1%未満、1 GeVにおける光子エネルギー分解能が3%未満を達成するように設計されている。