[論文レビュー] Spin Physics from COSY to FAIR

A. Kacharava, F. Rathmann+1 more|ArXiv.org|Nov 17, 2005

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 3被引用数 19

ひとこと要約

本論文は、極化された陽子および重陽子ビームと極化された内部標的に基づくCOSY保存リングにおける包括的なスピン物理学計画を提案している。これにより、核子間相互作用、中間子生成、ハイパーロン共鳴状態の研究が可能となる。FAIRにおける極化された反陽子施設の実現に向けた道筋が提示されており、主な実験は2006年から2009年までに予定されており、反陽子極化リング（APR）は2008年までに建設を開始する予定である。

ABSTRACT

It is the aim of the ANKE-COSY spin collaboration to carry out a well directed programme of internationally competitive experiments involving polarised beams and targets, using the outstanding facilities available at the storage ring. These activities, at the same time, are good preparation for our participation in the PAX@FAIR project.

研究の動機と目的

• COSYにおいて極化ビームおよび極化標的に基づく核子-核子反応および中間子生成反応におけるスピン観測量の体系的測定を実施すること。
• 高光度実験に適した極化内部標的（PIT）システムの開発および据付を実施すること。
• COSYでの実験的手法および計器の検証を通じて、PAX@FAIRプロジェクトの準備を進める。
• npおよびdp反応からの低エネルギーのスぺクテーター陽子を測定し、中心系エネルギーを高精度で決定すること。
• 将来的なFAIRにおける極化反陽子物理学を目的とした、反陽子極化リング（APR）の設計および建設を開始すること。

提案手法

• COSYの電子冷却およびストキャスティック冷却システムを活用し、高強度で高極化度の陽子および重陽子ビーム（最大1.2×10¹⁰個の陽子、80％以上の極化度）を生成すること。
• 原子ビーム源を用いたストレージセルに供給する極化内部標的（PIT）システムを設置・据付し、ラムシフト極化度計を用いたイン・サイトキャリブレーションを実施すること。
• ANKE磁気スペクトロメータを用い、マルチワイヤプロポーショナルチェンバー、シンチレーションホドスコープ、レンジ望遠鏡を用いて粒子の追跡および同定を行うこと。
• 2.5–40 MeVの低エネルギーのスぺクテーター陽子を、高角度分解能およびエネルギー分解能で測定するために、二面性マイクロ構造シリコン（Si(Li)）および薄型（69 μm）シリコン検出器を用いること。
• ターゲット室にシリコントラッキング望遠鏡を設置し、準自由散乱および弾性散乱過程からの低エネルギー粒子を検出すること。
• モンテカルロシミュレーションおよびデータ解析技術を用いて、電荷交換および準弾性散乱を含む二重極化反応をモデル化・解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低・中間エネルギー領域における高精度な極化制御のもとでのnpおよびdp反応のスピンに依存する微分断面積は何か？
• RQ2 npおよびdp反応におけるスぺクテーター陽子測定から、中心系エネルギーをどの程度高い精度で決定できるか？
• RQ3 極化された核子-核子衝突における非ストレンジおよびストレンジ中間子生成（例：π⁰、η、ω、φ）におけるスピン観測量は何か？
• RQ4 極化内部標的システムは、高精度スピン物理学に必要な十分な光度および極化安定性を達成できるか？
• RQ5 PAX@FAIR実験の前段階として、反陽子極化リング（APR）を建設するにあたり、技術的および運用上の要件は何か？

主な発見

• 極化内部標的（PIT）システムは2005年2月にCOSYでイン・サイトで成功裏にテストされ、2006年当初の据付けが予定されていた。
• ANKEスペクトロメータおよびシリコントラッキング望遠鏡により、2.5 MeVから40 MeVのエネルギー範囲のスぺクテーター陽子が、各望遠鏡あたり約10％の幾何的受容度で高精度に測定可能となった。
• 二重極化np実験は2006年7月に開始予定であり、2007年に約3か月間のデータ取得が予定されていた。
• 非ストレンジ中間子生成のための専用データ取得フェーズ（2008年）およびストレンジ中間子／バリオン生成のためのフェーズ（2009年）が計画されており、それぞれ約3か月間の実施が想定された。
• 反陽子極化リング（APR）の設計は2007年までに完了予定であり、2008年に建設が開始され、2010年～2011年の据付けが予定された。
• 本計画には、スピン物理学のモンテカルロシミュレーションおよびデータ解析に従事する8名の博士課程学生が参加しており、すでに非極化ストレージセル標的からの初期データの解析が進行中であった。