液体アルゴン３次元飛跡イメージ
ング検出器関連の発表• LArIAT(米国ビームテスト)の状況、ニュートリノ・Ａｒ相互作用原子核物理の可能性 （丸山）15分
• 液体アルゴン検出器R&Dの現状とプラン （坂下） 15分• 液体アルゴン検出器の開発状況と検出器の理解 （佐藤/渡邊/岩崎） 30分

LArIAT (LAr In A Testbeam) 動機• 非常に残念なことながら、2013年5月6月にJ-PARC
K1.1BRビームラインを用いて行われる予定だったビームテストはハドロンホールの事故によって、お流れとなった。
• この後、ハドロンホールの改修がいつ終わるかまだ不透明。また、K1.1BRはCOMET/high-pの実験によって将来の使用状況も不透明。
• 特に陽子崩壊からの運動量レンジのKを見ることは重要かつ興味があるので、新学術の科研費にて、ポスドクとLArIAT（米国）ビームテストに個人参加中。

Ionization electrons

Concept of the LAr TPC
ElectricFieldIonization electron signal~5x104e/cm MIP
 No amplification inside LAr
 3D track reconstruction using 2D
readout anode.
 drift velocity is ~mm/μs with ~kV/cmelectric field LAr purity affects the attenuation of thedrift electrons. τ~300/(ppb) (µs)
Charged particle
Scintillation light
MC(GEANT4)

Kaon
Pion
Muon

Motivation of test-beam• To check the capability of the LAr TPC
detector for neutrino physics,
nucleon decay and other physics.
– Checking PID performance;• dE/dx• Event topology (MIP like vs shower like)– Checking hadron transportation– Checking energy resolution (EM, hadron)LArIAT （米国LArビームテスト）• Phase1; ＴＰＣのサイズ(45cm x 47cm x 90cm)等はほとんど日本の２５０Ｌ(40cm x 40cm x 80cm)と同じ. 現在米国、英国含む60名くらいのコラボレータがいる。
• 来年の前半（最速で３月）にビーム・検出器のコミッショニング開始くらいのタイミング。その後半年間くらいビームデータを取り続ける。（p, π, µ, K, e; 250-1500MeV)• こちらからはコミッショニングとソフトウエアについて貢献する予定（更に貢献できるかは議論中） この活動を通じ– 液体循環系、気体循環系、エレクトロニクス等のハードウエアーについて知見を深める。
– ワイヤ読み出し、またそれに付随するソフトウエア（特に中間レイヤーはバイポーラ信号）がどのようなメリット・デメリットを持つか考える。
ことも可能。

• Phase2; 2mφ、3m長有効体積。2016年開始を目途。

Fermilab Test Beam Facility (FTBF)
http://www-ppd.fnal.gov/MTBF-w/
FTBF here. Zoom in next slide.

Main Injector

MTest and MCenter configurable for:Primary beam
Proton Mode: ~66-120 GeV protons

Tevatron

FTBF MISSION
The goal of the Fermilab Test
Beam Program is to provide
flexible, equal, and open access totest beams for all detector tests,
with relatively low bureaucratic
overhead and a guarantee ofsafety, coordination, and oversight.
5

Secondary beam

Pion Mode: 8-66 GeV beam
Low Energy Pion Mode: 1-32 GeV beam
Muon Mode: Same energy range as above

Tertiary beam

Low Energy Pion Mode: 200 MeV - 3 GeV

セットアップ（ビーム系）

２つのダイポール磁石で運動量（次頁）を選択

e+ brems events
パイプとコリメータの間に銅ブロック設置

ビームコンポーネント• 1次ビーム 120ＧｅＶだが、ビームテストに使うのは、3次ビーム。
• 3次標的の後、ベンディング磁石が２つ入っているだけなので、広い運動領域の荷電粒子がやってくる。
• ＰＩＤはＴＯＦ、チェレンコフ。
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•
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π； 58/spill
μ； 1.9/spill
K; 0.06/spillp; 23/spille; 13/spill• 4sec FT / spill• 1 spill / min.

セットアップ（検出器）• 45 x 47 x 90 cm3 のＴＰＣ(再利用） 一相式。
• 電場は500V/cm程度を印加。
(25kV直流高圧をカソードへ）• 読み出しは120度ずつ傾けたｘｙの２方向の480ｃｈワイヤ読み出し（150µmφ Be-Cu, 4mmピッチ）。エレキは低温用エレキ（議論中）。
カソード側• 気体循環＋液体循環– 液体循環はＬＡＰＤと呼ばれる実験で使われたものを使う。流量が大きすぎるので、大きなバイパスを使う。
– 気体循環は、ＩＣＡＲＵＳと同じサイフォン型。

• ＰＭＴは横から２つ付ける

ワイヤ側

235.5ＭｅＶモノクロニュートリノの検出

K中間子静止崩壊からのニュートリノ
• 陽子ビームが標的に衝突した後、荷電Ｋが生成され、その荷電Ｋが静止崩壊するときに生成されるモノクロのニュートリノを使って– ニュートリノ・原子核相互作用の研究等できる可能性がある。
右下図は、3GeV陽子が標的に衝突した場合、標的でＫ静止崩壊からのモノクロニュートリノがどれくらい来るかシミュレーションで見たもの。
（超後方に検出器を設置した場合）

K  µ + νµ低エネルギーニュートリノ反応• σ(E) poorly known at low-medium energy– Nuclear physics at GeV region– Pauli blocking– Nucleon Form factor– Final state interaction inside nucleus

K静止崩壊からのモノクロニュートリノは、準弾性散乱がほぼ100％の確率で起こり、ニュートリノ・原子核反応に新しい知見をもたらす可能性がある。

イベントディスプレイ
x-z view #1 eventy-z view #1 eventx-z view #2 eventy-z view #2 event

可能性の１例• 例として、原子核モデルの識別可能性がある。
– 右下の図は再構成されたニュートリノエネルギー– スペクトラルファンクションとフェルミガスモデルで大きく違って見える。

まとめ、展望• 米国での液体アルゴンＴＰＣを使った荷電粒子ビームテストに参加し、π,p,K,e,µ等の検出器応答を見る。
– Phase1 のデータ取得は来年前半くらいから。

• Ｋ中間子静止崩壊からのモノクロマティックなニュートリノを用いてニュートリノ・原子核相互作用等の物理などの可能性の検討も（Ｃ０２班等と話し合って）中長期スパンで行いたい。

バックアップ