Development of large acceptance spectrometer for systematic study of kaonic nuclei at J-PARC

J-PARCにおける反K中間子原子核の系統的な研究のための大立体核スぺクトロメータの開発

七村 拓野; 橋本 直   ; 佐久間 史典*; 山我 拓巳*; 岩崎 雅彦*

Nanamura, Takuya; Hashimoto, Tadashi; Sakuma, Fuminori*; Yamaga, Takumi*; Iwasaki, Masahiko*

反K中間子と核子のアイソスピン0の状態に働く強い引力によって生み出される(1405)や反K中間子原子核は、ストレンジネスを持つ系の中でも特徴的なもののひとつである。多くの実験が最も軽い反K中間子原子核である""状態の存在を確立しようとしてきたが、明確な結論は得られていなかった。近年、J-PARC E15実験が""状態を探索する実験を、in-flight He反応と、終状態のexclusive解析を用いて行った。これにより系の不変質量だけでなく、系への運動量以降も再構成することにより、""状態であると解釈できるイベントを数多く同定した。それだけでなく、""状態の大きさが小さいことが示唆され、このことは反K中間子原子核の密度が通常原子核よりも大きくなっていることを意味する結果であり非常に興味深い。この成功した実験手法をより重い反K中間子原子核、に適用する、あるいは状態の基本的な性質の研究を行うために、我々は新たな磁気スぺクトロメータを開発中である。exclusive解析は反K中間子原子核からの崩壊粒子をできるだけ多く検出することが必要なため、新しいスぺクトロメータは現在のものよりも1.6倍大きい93%の立体角を持たせる。それを実現するために、超電導ソレノイド電磁石や円筒型ドリフトチェンバーや荷電粒子/中性子検出器は3mから4mの長さのものを作る必要がある。本発表では、新スぺクトロメータを構成する要素と開発状況を報告する。新スぺクトロメータを用いる物理実験についても紹介する。

Bound states caused by attractive interaction, such as and kaonic nuclei, are interesting systems with strangeness. Many experimental attempts have tried to establish an existence of the lightest kaonic nuclei, "". However, no clear conclusion was reached. Recently, J-PARC E15 collaboration searched for "", using the in-flight He reaction with an exclusive analysis of the final state. By reconstructing not only the invariant-mass but also momentum transfer to the system, they definitely showed event concentration interpreted as "" bound state. Moreover, small spatial size of "" is implied. In order to expand this successful experimental method to heavier kaonic nuclei, such as , and detailed study for fundamental properties of the state, we are developing a new magnetic spectrometer. Because an exclusive analysis requires detections of decay particles from the kaonic nuclei as many as possible, the new spectrometer will have larger solid angle of 93%. To realize it, superconducting solenoid magnet and some detectors, a cylindrical drift chamber and charged particle/neutron counters, are 3-4 meters long. Detection efficiencies for neutron would be improved at least 1.7 times better than current spectrometer. In this presentation, I will talk about designs and development status of the new large acceptance spectrometer.