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。