[논문 리뷰] Proposal for the wide angle shower apparatus (WASA) at COSY-Julich: WASA at COSY

H.-H. Adam, M. Kravčíková외 136명|arXiv (Cornell University)|2004. 11. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 25인용 수 82

한 줄 요약

이 논문은 스웨덴의 CELSIUS에서 독일의 COSY-Jülich 프로톤 시냅트론으로 WASA(Wide Angle Shower Apparatus) 검출기 시스템을 이전하고 적응시키는 것을 제안하며, 1–3 GeV 에너지 범위에서 메손 광생성 및 전자생성의 고정밀 측정을 가능하게 한다. 이 프로젝트는 높은 루미노시티와 고효율 검출 시스템을 갖춘 대용량 수용각 전자기 칼로리메터와 입자 식별 시스템을 활용해 도수 입자 공명, 바리온 스펙트로스코피, 그리고 도수 입자의 스핀 구조를 연구하는 것을 목표로 한다.

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).

연구 동기 및 목표

• COSY의 더 높은 비례 강도와 향상된 실험 조건을 활용하기 위해 WASA 검출기 시스템을 CELSIUS에서 COSY-Jülich로 이전한다.
• 고통계 광생성 및 전자생성 실험을 통해 도수 입자 공명의 성질과 바리온 스펙트로스코피를 연구한다.
• 1–3 GeV 에너지 범위에서 극화된 비례 강도와 표적을 사용하여 도수 입자의 스핀에 의존하는 구조를 측정한다.
• 대용량 수용각 전자기 칼로리메터와 입자 식별 시스템을 활용해 배제적 최종 상태의 효율적 검출을 실현한다.

제안 방법

• 원래 CELSIUS 저장 고리용으로 설계된 WASA 검출기 시스템이 COSY-Jülich 프로톤 시냅트론에서의 운영을 위해 적응된다.
• 고에너지 및 고정밀 시간 해상도를 확보하기 위해 BaF2 결정 기반의 대용량 수용각 전자기 칼로리메터를 사용하여 광자를 검출한다.
• 원통형 드리프트 챔버와 시간 도달 시간 허도스코프에서의 시간 도달 시간 및 dE/dx 측정을 통해 입자들을 식별한다.
• 고루미노시티, 극화된 프로톤 비례 강도와 이동식 펠릿 표적 시스템을 사용하여 고통계 측정을 가능하게 한다.
• 검출기 기하학적 구조는 최종 상태 입자에 대한 전체 입체각 커버리지를 보장하여 배제적 반응 채널 재구성 가능하다.
• COSY에서의 증가된 비례 강도를 처리하기 위해 데이터 수집 및 트리거 시스템이 업그레이드된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1–3 GeV 범위에서 광생성에 의해 생성된 도수 입자 공명의 스핀에 의존하는 부분파 진폭은 무엇인가?
• RQ2 도수 입자 공명의 질량, 너비, 분해비율 등의 성질은 증폭 에너지가 증가함에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 배제적 전자생성 과정을 통해 드러나는 쿼크-글루온 자유도 기여는 도수 입자의 구조에 어떤 기여를 하는가?
• RQ4 측정된 미분 단면적 및 스핀 관측량은 바리온 스펙트로스코피 및 쿼크 모델의 제약 조건을 어떻게 제시하는가?

주요 결과

• COSY에 설치된 WASA 검출기 시스템은 약 10^34 cm^-2 s^-1의 루미노시티를 달성할 것으로 예상되어, 배제적 반응의 고통계 측정이 가능하다.
• 대용량 수용각 칼로리메터는 100 MeV 이상의 에너지에서 90%를 초과하는 광자 검출 효율을 제공한다.
• 입자 식별 시스템은 1.5 GeV/c 이하의 운동량에서 피오톤/프로톤 분리 효율이 95%를 초과한다.
• 검출기 기하학적 구조는 전체 입체각 커버리지를 보장하여 높은 효율로 배제적 최종 상태를 재구성할 수 있다.
• 이동식 펠릿 표적의 사용은 극화 표적 작동을 가능하게 하여 스핀 관측량 측정에 필수적이다.
• 시스템은 도전 입자에 대해 1% 이내의 운동량 해상도와 1 GeV에서 광자에 대해 3% 이내의 에너지 해상도를 확보하도록 설계되었다.