ＫＯＴＯ実験
中性ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰを用いたﾋﾞｰﾑﾗｲﾝｺﾘﾒｰﾀのｱﾗｲﾝﾒﾝﾄ

高橋 剛

ＫＯＴＯ実験（@J-PARC）• KL → π0νν崩壊– 崩壊率がCKM行列のη2に比例（CP非保存）– 理論的不定性が小さい– ＳＭの精密検証、New Physicsの探索– SM Br(KL →π0νν)=2.5×10-11 → 観測例なし→ 世界初の観測を目指す実験
CKM行列

実験方法
• ｼｸﾞﾅﾙ同定： π0 + nothing• π0→2γをCsIｶﾛﾘｰﾒｰﾀで検出。
• 崩壊領域をveto検出器で覆い、他に検出可能な粒子が生成していないことを確認。（νは検出できない。）
FB NCCMB BCV CV CsI CC03/LCV CC04 CC05 CC06

ＫＬ π0

BHCV BHPVγγ

崩壊領域
νKL → π0νννビームライン四角形状ﾋﾞｰﾑ• 2つのｺﾘﾒｰﾀがﾋﾞｰﾑ形状・方向を決定。
• ｺﾘﾒｰﾀがずれ内壁が見えると多重散乱でﾋﾞｰﾑが広がる。
– この中性子と検出器の相互作用が主要ﾊﾞｯｸｸﾞﾗｳﾝﾄﾞ源• 2つのｺﾘﾒｰﾀのｱﾗｲﾝﾒﾝﾄが重要。→ 要求：1mm以内• 中性ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰが必要。
C1U

C1D

C2U

C2D

beam
1st collimator

MagnetBeam plug2nd collimator中性ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ
M.C.

M.C.

ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ・ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝによるﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ出口でのﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ• ﾋﾞｰﾑｻｲｽﾞ：90cm （X方向）× 90cm（Y方向）• γが支配的 （γ absorberなし）
1.5mmのｼﾝﾁﾚｰﾃｨﾝｸﾞ・ﾌｧｲﾊﾞｰを敷き詰めてﾌﾟﾛﾌｧｲﾙを測定。

中性ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰ（1）• 1.5mm角ｼﾝﾁﾚｰﾃｨﾝｸﾞ・ﾌｧｲﾊﾞｰ 120本×2面• ﾋﾞｰﾑ中のγとの相互作用（ｺﾝﾌﾟﾄﾝ散乱・対生成）• MAPMTでの多ﾁｬﾝﾈﾙ読み出し中性ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰ（2）• 安価・小型のADCﾕﾆｯﾄを採用。
→ 多ﾁｬﾝﾈﾙ化に伴うﾃﾞｰﾀ収集系の大規模化・ｺｽﾄ増大を抑える。
あるｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ間隔で電圧値をﾃﾞｼﾞﾀﾙ値に変換。
最大16ch入力。
USBｲﾝﾀｰﾌｪｰｽ。

• MAPMTの信号を積分回路で波形整形。
→ この手法によりｺﾝﾊﾟｸﾄ・低ｺｽﾄの検出器ｼｽﾃﾑを実現。
→ 短時間でのﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ測定が可能。
ｸﾛｽﾄｰｸ：7%以下
ﾀﾞｲﾅﾐｯｸﾚﾝｼﾞ：2～3桁

積分回路で成形された波形

プロファイル測定• ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰをｲﾝｽﾄｰﾙし、実際にﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰを測定した。

ｺﾘﾒｰﾀ位置の変位によるﾌﾟﾛﾌｧｲﾙの変化

標的
1st ｺﾘﾒｰﾀ

2nd ｺﾘﾒｰﾀ
検出器

ﾌﾟﾛﾌｧｲﾙのEdgeの動きに注目してｺﾘﾒｰﾀの位置を調べる。

ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝとの比較
測定ﾃﾞｰﾀ（赤）とｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ（緑）との比較の一例
横軸：ｺﾘﾒｰﾀ位置
縦軸：Edge位置

ﾃﾞｰﾀとｼﾐｭﾚｰｼｮﾝの値に差が見られるのは、ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝは簡易なﾓﾃﾞﾙで考えており粒子の散乱などの効果を取り入れていないため。
Edgeが動き始める位置などの振る舞いはﾃﾞｰﾀとｼﾐｭﾚｰｼｮﾝでよく一致している。

まとめ• ＫＯＴＯ実験（KL → π0νν崩壊探索）でのﾊﾞｯｸｸﾞﾗｳﾝﾄﾞ源となるﾊ
ﾛｰ中性子を抑えるため、ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝｺﾘﾒｰﾀのｱﾗｲﾝﾒﾝﾄが重要である。
• ｺﾘﾒｰﾀの位置確認は直接、中性ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙを測定することで行う。

• そのためのﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰを開発。短時間でのﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ測定とｺﾝﾊﾟｸﾄ・安価な検出器ｼｽﾃﾑを実現した。
• このﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰを用いて、ﾌﾟﾛﾌｧｲﾙの表れるEdge位置やﾋﾞｰﾑYieldの変化を測定し、ｺﾘﾒｰﾀのｱﾗｲﾝを行った。

Back up

コリメータステッピングモーター

1st Collimator
Side-View

Top-View

2nd Collimator

標的/absorberシンチレーティング・ファイバー• KURARAY single-clad SCSF-78SJ

MAPMT• HAMAMATSU H8804

RC 積分回路

τ=220ms

1.5

ADCユニット• タートル工業 TUSB-1612ADSM-2Z

中性ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛﾌｧｲﾙﾓﾆﾀｰ（３）シンチレーティングファイバー

ADC ユニット

USB

MAPMT

コンピュータ×16台

RC積分回路時定数 220ms

ｺﾘﾒｰﾀ・ﾚｲｱｳﾄ X

Target
1st collimator
2nd collimatorｺﾘﾒｰﾀ・ﾚｲｱｳﾄ YTarget
1st collimator
2nd collimatorﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ・ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ・ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

ｺﾘﾒｰﾀ調節後の、初期状態（測量時）からのｺﾘﾒｰﾀ位置の動き
C1U

C1D

C2U

C2D

X direction

0.33mm

0.83mm-0.40mm-1.31mm

Y direction-0.13mm-0.60mm-0.77mm

1.03mmｼﾐｭﾚｰｼｮﾝとの比較（２）
X方向

Y方向

ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝ

ｺﾘﾒｰﾀ位置の変位に伴うﾌﾟﾛﾌｧｲﾙの変化（１）粒子数ﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ
C1U

C1D

C2U

C2D
検出器

標的

1st ｺﾘﾒｰﾀ
2nd ｺﾘﾒｰﾀ
ｺﾘﾒｰﾀを変位させるとEdgeが削られる

ﾋﾞｰﾑEdgeが削られる。

• Edge位置の変化を調べることでｺﾘﾒｰﾀの位置を確認。

ｺﾘﾒｰﾀ位置の変位に伴うﾌﾟﾛﾌｧｲﾙの変化（１）粒子数ﾌﾟﾛﾌｧｲﾙ
C1U

C1D

C2U

C2D
検出器

標的

1st ｺﾘﾒｰﾀ
2nd ｺﾘﾒｰﾀ
ｺﾘﾒｰﾀを変位させるとEdgeが削られる

ﾋﾞｰﾑEdgeが削られる。

• ｺﾘﾒｰﾀ位置を変位させると、ｺﾘﾒｰﾀ内壁が入り込んでﾋﾞｰﾑEdgeを削り出す様子が表れる。
• これらの変化を調べることでｺﾘﾒｰﾀの位置を確認。

ｺﾘﾒｰﾀ位置の変位に伴うﾌﾟﾛﾌｧｲﾙの変化（２）検出器中心を回転軸としてｺﾘﾒｰﾀ全体の方向を変化させる。 検出器

標的

縦軸：ﾋﾞｰﾑYield

ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ結果

1st ｺﾘﾒｰﾀ
2nd ｺﾘﾒｰﾀ
横軸：ｺﾘﾒｰﾀ照準位置↑：ﾋﾞｰﾑの粒子数のYieldの変化• ｺﾘﾒｰﾀ照準が標的中心からずれているとﾋﾞｰﾑYieldが落ちる。
• ﾋﾞｰﾑYieldの変化を調べ、ｺﾘﾒｰﾀ照準の方向を調べる。

Time structure2010 2/19

16.5%
±0.9%
2010 10/15 23:33~

10.4%
±0.9%
2010 10/31 22:35~
17.5%
±1.9%

測定ﾃﾞｰﾀの例（１）C1Dを動かしたときのEdgeの動き

縦軸：Edge位置

縦軸：Edge位置

C2Uを動かしたときのEdgeの動き

横軸：ｺﾘﾒｰﾀ位置

横軸：ｺﾘﾒｰﾀ位置

C2U

標的

C1D

標的

1st ｺﾘﾒｰﾀ

1st ｺﾘﾒｰﾀ
2nd ｺﾘﾒｰﾀ

2nd ｺﾘﾒｰﾀ
検出器

検出器

測定ﾃﾞｰﾀの例（２）ｺﾘﾒｰﾀ照準位置の変位に対するYieldの変化。

縦軸：Edge位置

縦軸：ﾋﾞｰﾑYield

C1Uを動かしたときのEdgeの動き

横軸：ｺﾘﾒｰﾀ照準位置
横軸：ｺﾘﾒｰﾀ位置

C1U

標的

1st ｺﾘﾒｰﾀ

標的

2nd ｺﾘﾒｰﾀ
検出器

1st ｺﾘﾒｰﾀ
2nd ｺﾘﾒｰﾀ

検出器

ﾊﾛｰ中性子ﾊﾞｯｸｸﾞﾗｳﾝﾄﾞ• KLﾋﾞｰﾑにはγや中性子も含まれる。
• KLﾋﾞｰﾑに付随してﾋﾞｰﾑ軸から広がって出てくるﾊﾛｰ中性子が存在する。
• ﾊﾛｰ中性子はﾋﾞｰﾑ軸付近の検出器と反応し、π0やη（2γに崩壊）を生成しﾊﾞｯｸｸﾞﾗｳﾝﾄﾞになる。
FB NCCMB BCV CV CsI CC03/LCV CC04 CC05 CC06

π0ハロー中性子γγ

BHCV BHPV