2008/08/08-09 夏の研究会 1

g-2感度向上計画

1.  何がE821実験の精度を制限するか？ 2.  実験精度10倍向上に向けて

–  0次案：BNL E821貯蔵リング使用 –  1次案：貯蔵リングをゼロから検討、γµ≠γmagic!

3.  更なる新物理の存否の決定精度の向上 •  µ-EDMへのアプローチ

4.  次春のLOI提出に向けた計画

KEK 岡田　裕美

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1.何がE821実験の精度を制限するか？

積算陽子数 (Phillより)

1.7×1020

貯蔵リング内の 積算µ+, µ-の数

62.9×109

積算崩壊e+,e-数 (PRD, table II)

8.6 ×109

µ /e 比 7.3

内訳

陽子1個標的照射あたりのπ生成数(PRD table III)

10-5

π崩壊あたりの、Inflector入り口でのµの数 (PRD table III)

0.012

Pπ/Pµ=1.005 の時を１とし、Pπ/Pµ=1.017時の注入µ-beam フラックス (PRD table IV)

0.17

貯蔵リングに入るΔp/p (= 0.05) とπ-decayのΔp/p の比　 (PRD table IV, caption etc.)

0.018

実験結果の不確定性： 0.46 (統計誤差) ± 0.28 (系統誤差) ppm

PRD 73, 072003 (2006)

注1) ３つの赤数字：g-2 collaboratorに問い合わせ中

注2) 貯蔵リング注入µの数と崩壊電子検出の関係はGEANT4で確認したい。

陽子1個標的照射あたり、貯蔵リングのエミッタンス内に入るµの数

3.7×10-10　[µ/POT]

統計を制限するものは何？

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貯蔵リングに入るΔp/pとπ-decayのΔp/p の比。 （Inflector＋Kicker などの効率とどう関連？）

PRD 73, 072003 (2006)

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何がE821実験の系統誤差を制限するか？実験結果の不確定性： 0.46 (統計誤差) ± 0.28 (系統誤差) ppm

PRD 73, 072003 (2006) + B. Lee Roberts, KEK 10. January 2008.

  系統誤差の内訳：Δωa = 0.21 ppm, Δωp = 0.17 ppm (2001) •  ωaの成分：

•  パイルアップ、ゲイン変動 　　崩壊電子検出器とバックグランドフラッシュに起因

•  14.1 turn 周期のビーム中心と幅の振動 (CBO) によるビーム損失 　　貯蔵リング内のµ-beam運動の制御と詳細理解。

パイルアップイベントのイメージ

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2. 実験の決定精度10倍向上をめざして 　　Neは崩壊電子数 Aは崩壊のAsymmetry NeA2　はfigure-of-merit.

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25 ns

360 ms

injection

2.7 sec (0.37 Hz)

25 ns

~360 ms bunch 間隔 33 ms

12 bunches inside

5×1012 protons per bunch

~1012 protons per bunch bunch 間隔 1 ms

•  Less protons per bunch to avoid pileup •  10life ~ 640µs

ずーっと。

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2. 実験の決定精度10倍向上をめざして(続き) 　　

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The Kick

(From: B. Lee Roberts, KEK 10. January 2008 )

From : Doctoral thesis BOSTON Univ. JONATHAN M. PALEY

位相空間の端のイベントがどうやって外れていくのかなど、もっと多数のサンプルを見るべき。

700ns

0

Kicker current (a.u.)

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B averaged over azimuth

0.5 ppm contours

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後方崩壊µを用いる場合

⇒　もろにπのフラッシュ来る。　E821では1.017に設定

進行方向に100%偏極

πのフラッシュなし

Pπ=5.4 GeV/c　（ビームライン~200m）⇒

5.4 GeV/c pions

3.15 GeV/c pions

3.094 GeV/c muons

•  より高い偏極µビーム、 •  µ生成効率も大きい、 •  でも、π崩壊ラインが長くなる。

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2. 実験の決定精度10倍向上をめざして (まだ続く) 　　

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γµ ≠ γmagicの利点と大変な点

γ~5, B=1.5[T] の場合、サイクロトロン周期~25 nsec、τ~10µsec 貯蔵リング径～2m、10lifeで4000周回

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3. 更なる新物理の存否の決定精度の向上 µ-EDMへのアプローチ

1.  γµ≠ γmagicは新物理決定精度向上への正しいアプローチ。 2.  γµ~5 付近のµ-beamを貯蔵リングに入れる実験設備は、 µ粒子の電子双極子モーメント(EDM)測定実験に拡張可能で、 10-22 e·cm 測定到達を目指す;３桁向上。　(新物理：EDM>10-23 e·cm ?)

OR

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EDMの為に何個崩壊陽電子は必要？項目 Value [e⋅ cm] 統計 実験情報今までの実験結果

( 3.7 ± 3.4 ) ×10-19

(-0.04 ± 1.6± 0.17) ×10-19

( 0.1 ± 0.2± 1.07 )×10-19

11.4×106 e+, e- 9.4×106 e+

975 ×106 e-

CERN (1974~76) E821 (1999, 2000), γmagic E821（2001) , γmagic

理論 (1.4 ± 1.5 ) ×10-25　 Lepton EDMs のmass scaleより > 10 -23 標準理論拡張モデルによると

目標値 10-22 level 10-24 level

~1013@ γmagic=29.3 ~8×1016@ γmagic=29.3

~2×1012@ γ=5 ~1016@ γ=5

EDM sensitivity:

g-2で必要な統計~4×1011 e+

3桁向上は射程範囲内

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4. 次春のLOI提出に向けた計画g-2 collaboration meeting (2008 October?) に向けて •  具体的な実現性評価の定量化

–  0次案,1次案の星取表の作成 •  技術的な点での可否、予算の点での可否の切り分け

–  µ-EDMをどこまで強く出すか 私の具体的な作業項目　～山形学会までに

–  上記星取表に責任を持つ。特に気にする項目として； •  Inflector + Kicker magnetの系の限界性能の詳細調査　(0,1 次案共通) •  µ ビーム源＋“冷えたµ-beam”を冷えたまま加速の実現性

–  貯蔵µの数検出崩壊電子数の関係の確認　(GEANT4等)

積算陽子数 (Phillより)

貯蔵リング内の 積算µの数

積算崩壊電子数 (PRD, table II)

µ /e 比

値 1.7×1020 62.9×109 8634.8 ×106 7.3

GEANT4等で確認

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どうぞよろしくお願いします。