[论文解读] 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 82

一句话总结

本文提出将瑞典CELSIUS的WASA（广角簇射探测器）探测器系统搬迁并适配至德国COSY-Jülich质子同步加速器，以在1–3 GeV能量范围内实现介子光致产生和电致产生的高精度测量。该项目旨在利用高亮度、高效率的探测系统，结合大接受度电磁 calorimeter与粒子鉴别系统，研究核子共振态、重子谱学以及核子的自旋结构。

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).

研究动机与目标

• 将WASA探测器系统从CELSIUS搬迁至COSY-Jülich，以利用COSY更高的束流强度和更优的实验条件。
• 通过高统计量的光致产生与电致产生实验，研究核子共振态及重子谱学的性质。
• 在1–3 GeV能量范围内，利用极化束流与极化靶测量核子的自旋依赖结构。
• 利用大接受度电磁calorimeter与粒子鉴别系统，高效探测独态末态。

提出的方法

• 将原本为CELSIUS储存环设计的WASA探测器系统，适配于COSY-Jülich质子同步加速器运行。
• 系统采用基于BaF2晶体的大接受度电磁calorimeter，以实现高能量与时间分辨率的光子探测。
• 通过圆柱形漂移室中的飞行时间与dE/dx测量，实现带电粒子的鉴别。
• 利用高亮度、极化的质子束流与可移动的颗粒靶系统，实现高统计量测量。
• 探测器几何结构确保末态粒子的全立体角覆盖，支持独态反应道的重建。
• 数据获取与触发系统已升级，以应对COSY处更高的束流强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在1–3 GeV能量范围内，核子共振态光致产生过程中的自旋依赖部分波振幅为何？
• RQ2 随着激发能量的增加，重子共振态的质量、宽度与分支比等性质如何演化？
• RQ3 通过独态电致产生过程，夸克-胶子自由度对核子结构的贡献如何体现？
• RQ4 测量得到的微分截面与自旋观测量如何约束重子谱学与夸克模型的理论模型？

主要发现

• 预计COSY处的WASA探测器系统可实现约10^34 cm^-2 s^-1的亮度，支持独态反应的高统计量测量。
• 大接受度calorimeter在100 MeV以上能量的光子探测效率超过90%。
• 粒子鉴别系统在动量低于1.5 GeV/c时，实现π/质子分离效率优于95%。
• 探测器几何结构支持全立体角覆盖，可高效重建独态末态。
• 采用可移动颗粒靶系统，实现极化靶运行，对测量自旋观测量至关重要。
• 系统设计实现带电粒子动量分辨率优于1%，1 GeV能量光子能量分辨率优于3%。