2011 年度課題研究P3 実験 - 京都大学...[V.L.Sedov and L.V.Sedov:Phys.Lett.41 A(1972)...

2012年3月21日

2011年度課題研究P3実験

～パリティの破れの検証実験～

河合俊、筒井翔一朗、土居孝寛

中塚徳継、前田一弥、藤林翔

目次1.導入（土居）2.実験準備（中塚）3.実験のセットアップ（藤林）4.解析（前田、筒井）5.考察（河合）

1 導入・パリティ変換、パリティの破れとは・パリティの破れを実験で示すためには

1 導入パリティ変換 P : (t,x) → (t,−x)

で物理法則は不変か？⇒電磁相互作用、強い相互作用は不変だが、弱い相互作用は不変ではない(パリティ対称性の破れ=パリティの破れ)

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

角運動量保存⇒電子とニュートリノは共に

運動量保存、原子核の反跳無視⇒電子と反ニュートリノは真反対に放出される

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

ｚ軸方向にレプトンが放出される反応は上の２種類

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

電子の検出器①を置く

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

電子の検出器②を置く

①と②はパリティ変換した検出器に対応している。

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

パリティ不変⇒①と②の計数は同じ

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

パリティ不変⇒①と②の計数は同じ

しかし、実際は①≠②⇒パリティの破れ

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

パリティ不変⇒①と②の計数は同じ

しかし、実際は①≠②⇒パリティの破れ

①の計数＞②の計数

1.2 準備

・β−崩壊 n → p + e− + νee−のヘリシティ：負に偏りを持つ(⟨h⟩ = − v

c )

v : e−の速さ————————————————–

・β+崩壊 p → n + e+ + νee+のヘリシティ：正に偏りを持つ(⟨h⟩ = + v

c )

v : e+の速さ

1.2 準備

ポジトロニウム(Ps)の性質

singlet(p-Ps) triplet(o-Ps)

合成スピン 0 1

主な崩壊 2γ 3γ

γ線のエネルギー 511keV 連続分布γ線の角度 180◦ 連続分布

１.２ 準備

１.３ 今回の実験

１.３ 今回の実験

１.３ 今回の実験

１.３ 今回の実験

１.３ 今回の実験

１.３ 今回の実験

多い 少ない

１.３ 今回の実験

目次1.導入（土居）2.実験準備（中塚）3.実験のセットアップ（藤林）4.解析（前田、筒井）5.考察（河合）

2 β+線源の選定

タンデムの中性子源を使うことに

✔中性子吸収断面積の大きな原子核が必要

中性子過剰核はβ‐崩壊で中性子数を減らす

→中性子を吸収してβ＋崩壊する原子核はレア

十分なイベント数

✔適切な半減期の原子核が必要

2-1 核図表

中性子数

陽子数

安定核

β+

β-

64Cuが唯一の選択肢

σabs=4.4[barn]→

Prompted!↓半減期12h

2-2 64Cuの生成

天然銅の組成比→

2つ混ざってる

中性子吸収断面積

63Cu69%

65Cu31%

Q- =579.4keV

EC 0.47%

64Cu 12.7h

β- 38.48%

64Zn

Stable

64Ni

Stable

β+ 17.52%

Q+,EC =1675.03keV

EC 43.53%

1345γ

準位図とバックグラウンド64Cu

準位図とバックグラウンド66Cu

66Zn

1039.39γ

66Cu 5.088m

92.6%

Q- =2642.4keV

2372.53γ

7.2%

0.0028%

0.16% 1872.94γ

Stable

半減期

64Cu→12 h !長持ちかつ十分短い!

66Cu→5 min !すぐに半減!

→理想的!!

崩壊定数

半減期、崩壊定数

どれくらいできるか

:試料中の元々の63Cuの個数=2.7×1023

10mm Cu

50mm

厚さ0.1mm

:予備実験から求めた値

t :中性子照射時間=15 h

照射終了直後の放射能

十分?

64Cuの放射能

66Cuの放射能

うちβ+は17％

2-3磁性体の準備-磁石or電磁石

極性反転

→磁石なら手で、電磁石なら電流反転で

✔アシンメトリーのことを思うと電磁石

なるべく高いスピン偏極率

低発熱、低電流

✔透磁率の非常に高いPCパーマロイで

(初透磁率180000H/m・飽和磁場0.7T)

磁性体の準備-ヒステリシスと一様性

ヒステリシス

→電流を同じ大きさで反転しても違う磁場

✔なるべく飽和磁場まで電流かける

なるべく一様な磁場分布

✔トロイダルコイル(C字コイル)を使うことに

PCパーマロイのヒステリシスカーブ→ [NAKANO PERMALLOY]

シミュレーションで一様性工夫

2次元FEMMでシミュレーション

角を丸める

ここに多く巻く

漏れ磁場は0.1T以下に

コイルの設計図

PCパーマロイ

5cm 5cm 10cm

5cm

5cm

2.5cm

0.5cm

2.5cm 100巻

150巻

100巻

150巻

100巻

600巻 7Aで 飽和磁場 達成見込 !!

X

Z B↑向き

Y

奥行き1.2cm←attenuation length

磁束密度の実測:方法

B=磁束密度 n=pick-upコイルの巻き数 S＝pick-upコイルの断面積 V=誘導起電力

オシロでcapture→ 数値積分

磁束密度の実測:結果

①

③

②

↓I[A] ↓I[A]

↓I[A]

①

② ③

←B[T]

←B[T] ←B[T]

7Aでほぼ飽和→7Aで運用

発熱対策

7A600turnで、100W 5A600turnで、50W

偏極率とYieldの見積もり

B=磁束密度=0.7T μ0=真空の透磁率 μs=電子の磁気モーメント N=パーマロイの電子密度 P=スピン偏極率

楽観的な見積もり→P=14%(3d電子)

悲観的な見積もり→P=1.3%(全電子)

[V.L.Sedov and L.V.Sedov:Phys.Lett.41 A(1972) 313]による

偏極率とYieldの見積もり

β+のスピン偏極率80% e-のスピン偏極率14% or 1.3%

単純かけ算で↑↑、↑↓ポジトロニウムができると思うと…

楽観的な見積もり→A=11%

悲観的な見積もり→A=1%

非対称度

1000 ～イベント 10000

目次1.導入（土居）2.実験準備（中塚）3.実験のセットアップ（藤林）4.解析（前田、筒井）5.考察（河合）

3.1 大まかな流れ：統計2倍大作戦

R8900

R7600

e +

e +

z

x

y

上下のβ+線を利用

3.1 大まかな流れ：統計2倍大作戦

R8900

R7600

e +

e +

z

x

y

上下のβ+線を利用

→統計が2倍

3.1 大まかな流れ：統計2倍大作戦

R8900

R7600

e +

e +

z

x

y

上下どちら側で対消滅したかを知るために薄い (500µm)プラスチックシンチレータを挟む

3.1 大まかな流れ：プラスチックシン

チレータの利点

遅い陽電子を止めることが出来る。⟨h⟩ = v/cなので、より非対称度が上がることが期待できる。

3.1 大まかな流れ：プラスチックシン

チレータの利点

Kinetic Energy [MeV]0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Ran

ge o

f pla

stic

sci

ntill

ator

[cm

]

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Range

陽電子のプラシン内のレンジd = 0.05cm赤色で塗った部分はプラシンで止まる。

3.1 大まかな流れ：プラスチックシン

チレータの利点

Kinetic Energy [MeV]0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Rec

ay R

ate

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

dW/dK

崩壊率=陽電子のエネルギー分布d = 0.05cm赤色で塗った部分はプラシンで止まる。

3.1 大まかな流れ：統計2倍大作戦

R7600

R8900

パーマロイ

パーマロイ

x

z

y

以後…

3.1 大まかな流れ：統計2倍大作戦

パーマロイ

ATERUI

MARO

坂上田村麻呂（758 - 811） パーマロイ

阿弖流為（生年不詳 - 802）

以後…MARO = R8900ATERUI = R7600

ATERUIは磁場に強い。

3.2 大まかな流れ：検出器

64Cu

プラシン

パーマロイ

β+

↑↑↑↑↑↑B↑↑↑↑↑↑ 511KeV γ 511KeV γ HPGe NaI

2γをとるために検出器は真逆に置く

3.2 大まかな流れ：検出器

511 keV付近の検出効率と分解能（だいたい）

検出効率 [10−3] 分解能 (FWHM)

NaI 7.68± 0.98 *1 4 %*1

Ge 2.65± 0.33 *2 0.27 %*1

*1 198Auの411keVγ線を用いて算出した値*2 予備実験から算出した値

3.3 大まかなセットアップ

Ge NaI

MARO

ATERUI 銅板

x

z

y

検出器も合わせるとこんな図になる。※フォトマルは省略

3.3 大まかなセットアップ

検出器

検 出 器

パーマロイ

パーマロイ

鉛

鉛 鉛

鉛

鉛 鉛

z

y

パーマロイでの対消滅のみを見たいので窓付きの鉛を置いた。

3.3 大まかなセットアップ

3.3 大まかなセットアップ：写真

3.4 回路図

DISC

Gate Generator

Gate Generator

Gate Generator

Output Register

Input Register

Gate Generator

VETO

VETO

latch

start

stop

LAM

start

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Atn

Clock Generator

Ge TFA

MARO

ATERUI

NaI

DISC

DISC

DISC COIN COIN

COIN

DISC

OR

COIN

OR

TDC

Gate Generator

Gate Generator

ADC (NaI)

ADC (Pla.)

ADC (Ge)

SCALER

COIN COIN OR

Gate Generator

Delay

Delay

Amp Delay

Amp Delay

Visual Scaler

NIM ↓

TTL

TTL ↓

NIM

OUT-T

OUT-E

Amp

Delay

Gate

Gate

Gate

OR

OR

OR

OR

PC

Delay

3.5 トリガーまでの流れ

Ge

NaI ATERUI MARO

MARO∨ATERUI

NaI

Ge

3.5 トリガーまでの流れ

Ge

NaI ATERUI MARO

MARO∨ATERUI

NaI

Ge 上下のプラシンのどちらかを陽電子（？）が通った

3.5 トリガーまでの流れ

MARO∨ATERUI

NaI

Ge

Coin1

Coin2

Coin3

3.5 トリガーまでの流れ

MARO∨ATERUI

NaI

Ge

Coin1

Coin2

Coin3 プラシンを陽電子（？）が通りつつ、NaIでガンマ線（？）が検出

3.5 トリガーまでの流れ

MARO∨ATERUI

NaI

Ge

Coin1

Coin2

Coin3

プラシンを陽電子（？）が通りつつ、Geでガンマ線（？）が検出

3.5 トリガーまでの流れ

MARO∨ATERUI

NaI

Ge

Coin1

Coin2

Coin3

プラシンを陽電子（？）が通りつつ、GeとNaIどちらもガンマ線（？）を検出

3.5 トリガーまでの流れ

Coin1

Coin2

Coin3 TRIGGER OR

3.5 トリガーまでの流れ

Coin1

Coin2

Coin3 TRIGGER OR

本当に陽電子、ガンマ線が検出されたかを確かめるには、各信号のTDC情報を見る

3.6 大まかなDAQの流れ

LAM受け取り

LAMクリア

Gate Generator

COIN

Interrupt Register

Gate Generator

データ読み込み

データクリア

ADC TDC

SCALER

VETO解除 Output Register

LAM待ち

LAM

latch

VETO

STOP

START

PC側の処理 CAMACモジュール 回路

一緒にVETOも操作しています。こんだけです。

3.7 取得するデータ

DISC

Gate Generator

Gate Generator

Gate Generator

Output Register

Input Register

Gate Generator

VETO

VETO

latch

start

stop

LAM

start

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Atn

Clock Generator

Ge TFA

MARO

ATERUI

NaI

DISC

DISC

DISC COIN COIN

COIN

DISC

OR

COIN

OR

TDC

Gate Generator

Gate Generator

ADC (NaI)

ADC (Pla.)

ADC (Ge)

SCALER

COIN COIN OR

Gate Generator

Delay

Delay

Amp Delay

Amp Delay

Visual Scaler

NIM ↓

TTL

TTL ↓

NIM

OUT-T

OUT-E

Amp

Delay

Gate

Gate

Gate

OR

OR

OR

OR

PC

Delay

Coin1

Coin2

Coin3

赤：TDC

緑：ADC

青：SCALER

3.7 取得するデータ

DISC

Gate Generator

Gate Generator

Gate Generator

Output Register

Input Register

Gate Generator

VETO

VETO

latch

start

stop

LAM

start

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Delay

Atn

Clock Generator

Ge TFA

MARO

ATERUI

NaI

DISC

DISC

DISC COIN COIN

COIN

DISC

OR

COIN

OR

TDC

Gate Generator

Gate Generator

ADC (NaI)

ADC (Pla.)

ADC (Ge)

SCALER

COIN COIN OR

Gate Generator

Delay

Delay

Amp Delay

Amp Delay

Visual Scaler

NIM ↓

TTL

TTL ↓

NIM

OUT-T

OUT-E

Amp

Delay

Gate

Gate

Gate

OR

OR

OR

OR

PC

Delay

Coin1

Coin2

Coin3

赤：TDC

緑：ADC

青：SCALER

ADC×4、TDC×7、スケーラー×11、Unix Timeを記録した。

目次1.導入（土居）2.実験準備（中塚）3.実験のセットアップ（藤林）4.解析（前田、筒井）5.考察（河合）

4 実験のスケジュール時刻2/1618:00 中性子ビームstart2/179:15 中性子ビームstop9:48～10:48 run041(磁場↓)10:51～11:51 run042(磁場↑)11:54～12:54 run043(磁場↓)12:57～13:57 run044(磁場↑)14:03～15:03 run045(磁場↓)15:07～16:07 run046(磁場↑)16:10～17:10 run047(磁場↓)17:13～18:13 run048(磁場↑)18:16～19:16 run049(磁場↓)19:19～20:19 run050(磁場↑)

4 実験のスケジュール時刻21:07～22:07 run051(磁場0)10:00～10:30 run055(磁場0)10:38～11:08 run056(磁場0)11:26～11:56 run057(磁場0,鉛窓封鎖)11:59～12:29 run058(磁場0,鉛逆さま)12:31～12:41 run059(磁場0,鉛無)12:44～12:54 run060(磁場0,鉛無,Co線源)12:55～13:05 run061(磁場↑,鉛無,Co線源)13:07～13:17 run062(磁場↓,鉛無,Co線源)13:18～13:28 run063(磁場↓,鉛無,Au線源)13:29～13:39 run064(磁場↑,鉛無,Au線源)

4 解析実際に得られたデータを解析してみた。主に解析に使用したソフトはROOT

4 解析実際に得られたデータを解析してみた。主に解析に使用したソフトはROOT

4 解析Asymmetryを出すときに主に用いた検出器

4 解析Asymmetryを出すときに主に用いた検出器�� ��GeとATERUI

4 解析Asymmetryを出すときに主に用いた検出器�� ��GeとATERUI

• MARO：磁場の影響のため使い物にならなかった…

4 解析Asymmetryを出すときに主に用いた検出器�� ��GeとATERUI

• MARO：磁場の影響のため使い物にならなかった…• NaI：磁場補正してから使ってみた

4 解析磁場によるMAROのcount数変化

4 解析磁場によるMAROのcount数変化

Bz<0 Bz>0 Bz=00

100

200

300

400

500

Counts of MARO(Decay Correction) counts/A

4 解析磁場によるMAROのcount数変化

Bz<0 Bz>0 Bz=00

100

200

300

400

500

Counts of MARO(Decay Correction) counts/A

明らかに磁場の影響を受けすぎている！

4 解析解析の目次

4 解析解析の目次

• Calibration

4 解析解析の目次

• Calibration• Decay補正

4 解析解析の目次

• Calibration• Decay補正• Ge∧ATERUIのAsymmetry

4 解析解析の目次

• Calibration• Decay補正• Ge∧ATERUIのAsymmetry• AsymmetryのadcATERUI依存

4 解析解析の目次

• Calibration• Decay補正• Ge∧ATERUIのAsymmetry• AsymmetryのadcATERUI依存• NaI∧ATERUIのAsymmetry

4.0 Calibration(Ge)

• パーマロイ由来の511keV• 198Au(411keVにピーク)• 60Co(1173keV,1332keVにピーク)を用いた。

4.0 Calibration(Ge)

ADC channel1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

ener

gy[k

eV]

500

1000

1500

2000

2500

Ge calibration

GeのCalibration結果

4.0 Calibration(NaI)

NaIは、実験の都合で60CoによるCalibrationができなかった

4.0 Calibration(NaI)

NaIは、実験の都合で60CoによるCalibrationができなかった

• パーマロイ由来の511keV• 198Auの411keV• ペデスタルの0keV

を用いた。

4.0 Calibration(NaI)

channal0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

ener

gi(k

eV)

0

100

200

300

400

500

NaI calibration

NaIのCalibration結果

4.0 Calibration(ATERUI)

adcATERUIの一例

4.0 Calibration(ATERUI)

1番:0keV,2番:0.0968keV,3番:0.656keV

4.0 Calibration(ATERUI)

ADC channel100 200 300 400 500 600 700 800 900

ener

gy[k

eV]

0

100

200

300

400

500

600

700

ATERUI calibration

ATERUIのCalibration結果

4.1 Decay補正

励起した64Cuは半減期12.7時間なので、時間がたつにつれてイベント数が減っていく。

4.1 Decay補正

励起した64Cuは半減期12.7時間なので、時間がたつにつれてイベント数が減っていく。→そのために減衰したぶんの補正をかけなければならない。

4.1 Decay補正

time[sec]35000 40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000

50

60

70

80

90

100

110

120

/ ndf 2χ 10.14 / 18p0 25.24± 201.2 p1 7616± 5.651e+004

/ ndf 2χ 10.14 / 18p0 25.24± 201.2 p1 7616± 5.651e+004

)τDecay correction c*exp(-t/

4.1 Decay補正

4.1 Decay補正

Decay補正の例:run043S43A43

=S43∫ t43f

t43if (t)dt

=S43

τ

(exp

(− t43iτ

)− exp

(−

t43fτ

))

となる(t43i ,t43fはそれぞれ、run043の開始時刻と終了時刻)。

4.1 Decay補正

Asymmetryを求める式は以下の通り。

Asymmetry=

S↓A↓−

S↑A↑

S↓A↓+

S↑A↑

=

(S42A42

+S44A44

+S46A46

+S48A48

+S50A50

) − (S41A41

+S43A43

+S45A45

+S47A47

+S49A49

)

(S42A42

+S44A44

+S46A46

+S48A48

+S50A50

) + (S41A41

+S43A43

+S45A45

+S47A47

+S49A49

)

4.1 Decay補正

Asymmetryの誤差は、decay補正の減衰定数τと、S41～S50のイベント数の統計誤差を、誤差伝播の式より統合したもの。

σ(Asy) =

√√√√ 50∑k=41

(∂(Asy)∂Sk

)2 (σSk

)2+

(∂(Asy)∂τ

)2(στ )2

4.2 Ge∧ATERUIによるAsymmetry

h15Entries 1607Mean 537.9RMS 5.973

energy[keV]500 510 520 530 540 550 560 570 580

coun

t

0

10

20

30

40

50

60

70

h15Entries 1607Mean 537.9RMS 5.973

Ge and ATERUI(ADC)

gaussianでのfittingの例

4.2 Ge∧ATERUIによるAsymmetry

time[sec]35000 40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000 75000 80000

corr

ecte

d co

unt

0.22

0.24

0.26

0.28

0.3

0.32

0.34

0.36

0.38

adc_Ge

Geの磁場による変化赤:磁場上青:磁場下緑:磁場なし

4.2 Ge∧ATERUIによるAsymmetry

Ge,ATERUIが反応したイベント

4.2 Ge∧ATERUIによるAsymmetry

Ge,ATERUIが反応したイベント

⇔ tdcGe<2100ch∧ tdcATERUI<2100chhtemp

Entries 3402Mean 1646RMS 741.8

[ch]0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

coun

t

0

20

40

60

80

100htemp

Entries 3402Mean 1646RMS 741.8

tdc_Ge {file_number==41}

htempEntries 3402Mean 1201RMS 914.7

[ch]400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

coun

t

0

20

40

60

80

100 htempEntries 3402Mean 1201RMS 914.7

tdc_ATERUI {file_number==41}

tdcの時間情報を用いてATEとGeが両方反応したイベントをとりだした。

4.2 Ge∧ATERUIによるAsymmetry

Decay補正を施し、誤差を評価した最終的なAsymmetryの値は

4.2 Ge∧ATERUIによるAsymmetry

Decay補正を施し、誤差を評価した最終的なAsymmetryの値はAsymmetry= 0.0445± 0.0266

となった。この結果によって、95.3％の信頼率 (≒2σ)でAsymmetryがみえると結論することができる。

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

Ge∧ATERUIでAsymmetryらしきものが見えた

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

Ge∧ATERUIでAsymmetryらしきものが見えた→カット条件を強めて、より大きなAsymmetryが見えないだろうか？

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

kinetic energy [MeV]0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Ene

rgy

depo

sit [

MeV

]

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

Energy Deposit

ATERUIに落とすエネルギー

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

ATERUIでEnegy Depositが小さい

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

ATERUIでEnegy Depositが小さい→e+の速度が大きい

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

ATERUIでEnegy Depositが小さい→e+の速度が大きい→偏極率が大きい (⟨h⟩ = v

c)

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

ATERUIでEnegy Depositが小さい→e+の速度が大きい→偏極率が大きい (⟨h⟩ = v

c)→Asymmetryが大きい

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

ATERUIでEnegy Depositが小さい→e+の速度が大きい→偏極率が大きい (⟨h⟩ = v

c)→Asymmetryが大きい要するに、ATERUIでEnegy Depositが小さいイベントをとりだすと、Asymmetryの度合いが大きくなるはずである

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

h1Entries 631Mean 267.4RMS 133.7

[keV]200 400 600 800 1000

coun

t

0

5

10

15

20

25

30 h1Entries 631Mean 267.4RMS 133.7

ATERUIにおいて、

600keV,500keV,400keV,300keV,200keVから下という

条件でカットをかけてみた。

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

Asymmetryの結果

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

Asymmetryの結果

adcATERUI< asymmetry±error 信頼率 [%]600keV 0.0541 ± 0.0281 97.3500keV 0.0603 ± 0.0290 98.1400keV 0.0648 ± 0.0312 98.1300keV 0.0644 ± 0.0378 95.6200keV 0.1115 ± 0.1113 84.2

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

これらの結果から、エネルギーの低い領域でカットをかけたもののほうが、より大きなAsymmetryを見出すことができたといえるだろう。ただし、カット条件を厳しくするほど統計が少なくなり誤差も大きくなるため、信頼性に関しては確かなことは言えない。

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

ここまでのまとめ

adcATERUI< asymmetry±error 信頼率 [%]cutなし 0.0445 ± 0.0266 95.3600keV 0.0541 ± 0.0281 97.3500keV 0.0603 ± 0.0290 98.1400keV 0.0648 ± 0.0312 98.1300keV 0.0644 ± 0.0378 95.6200keV 0.1115 ± 0.1113 84.2

4.3 AsymmetryのadcATERUI依存

energy threshold[keV]200 300 400 500 600 700 800 900

asym

met

ry

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

0.24

Asymmetry

最高で98.1％の信頼率が得られた！(500keVカット)

4.4 NaI∧ATERUIでのAsymmetry

• NaIのデータを解析する• NaIは磁場の影響を受けている

4.4 NaI∧ATERUIでのAsymmetry

• NaIのデータを解析する• NaIは磁場の影響を受けている

↑補正する必要があるかも

h1Entries 2815Mean 321.1RMS 45.71

250 300 350 400 4500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

h1Entries 2815Mean 321.1RMS 45.71

ADC ATERUI&NaI

198AuのADCヒストグラム。それぞれ赤が磁場なし、青が下向きの磁場、緑が上向きの磁場を印

加したときのもの

h1Entries 2815Mean 290.8RMS 105

energy[keV]100 150 200 250 300 350 400 450

coun

t

0

20

40

60

80

100

120

h1Entries 2815Mean 290.8RMS 105

Magnetic Field Effect of NaI(ADC)

図1 キャリブレーション後

4.5 2つの効果

磁場の影響は、

• ピーク位置の変動• ピーク面積の変動

という形で現れた。

4.5 2つの効果

• ピーク位置の変動• ↑何由来のピークか特定できれば問題ない• ピーク面積の変動

4.5 2つの効果

• ピーク位置の変動• ↑何由来のピークか特定できれば問題ない• ピーク面積の変動• ↑2γの計数評価に直接関わる！

4.6 面積の変動はどのくらいか？198Auの411keVピークの面積を評価する。

• フィット関数はガウシアン+3次関数•• フィット範囲を様々変えてχ2/ndfが1に最も近かったものを採用•

4.6 面積の変動はどのくらいか？198Auの411keVピークの面積を評価する。

• フィット関数はガウシアン+3次関数• ↑コンプトン散乱が混じっているため• フィット範囲を様々変えてχ2/ndfが1に最も近かったものを採用•

4.6 面積の変動はどのくらいか？198Auの411keVピークの面積を評価する。

• フィット関数はガウシアン+3次関数• ↑コンプトン散乱が混じっているため• フィット範囲を様々変えてχ2/ndfが1に最も近かったものを採用• ↑フィット範囲によって結果が異なるため

h14Entries 2410Mean 252.8RMS 90.65

energy[keV]200 300 400 500 600 700 800 900

coun

t

0

20

40

60

80

100

120 h14Entries 2410Mean 252.8RMS 90.65

NaI and ATERUI(ADC)

図2 フィットの例（磁場下向き）

h1Entries 2410

Mean 307.2

RMS 37.9

Underflow 0

Overflow 0Integral 1765

/ ndf 2χ 85.69 / 57

250 300 350 400 450 5000

5

10

15

20

25

30

35

40

45h1

Entries 2410

Mean 307.2

RMS 37.9

Underflow 0

Overflow 0Integral 1765

/ ndf 2χ 85.69 / 57

NaI and ATERUI (ADC)

図3 フィットの例（磁場下向き）

h14Entries 2313Mean 241.5RMS 67.14

energy[keV]200 300 400 500 600 700

coun

t

0

20

40

60

80

100

120

h14Entries 2313Mean 241.5RMS 67.14

NaI and ATERUI(ADC)

図4 フィットの例（磁場上向き）

h1Entries 2313

Mean 296.5

RMS 30.56

Underflow 0

Overflow 0Integral 1607

/ ndf 2χ 50.77 / 53

250 300 350 400 450 5000

10

20

30

40

50h1

Entries 2313

Mean 296.5

RMS 30.56

Underflow 0

Overflow 0Integral 1607

/ ndf 2χ 50.77 / 53

NaI and ATERUI (ADC)

図5 フィットの例（磁場上向き）

4.6 面積の変動はどのくらいか？

フィット面積の比は、

r =ϵ−ϵ+= 0.995± 0.003

僅かながら補正がかかる。

4.7 Asymmetryの評価64Cuの511keVイベント数の評価。方法は…

• フィット方法は198Auの時と同じ• Decay補正はGe∧ATERUIの時と同じ

h14Entries 1607Mean 335.9RMS 112.1

energy[keV]200 300 400 500 600

coun

t

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

h14Entries 1607Mean 335.9RMS 112.1

peak by NaI(ADC)γ2

h1Entries 1607Mean 340.2RMS 49.1Underflow 0Overflow 0Integral 989

/ ndf 2χ 74.22 / 73

250 300 350 400 450 5000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

h1Entries 1607Mean 340.2RMS 49.1Underflow 0Overflow 0Integral 989

/ ndf 2χ 74.22 / 73

NaI and ATERUI (ADC)

図6 フィットの例

4.7 Asymmetryの評価

ところが…

• χ2/ndfが1に最も近かったものの中でも、明らかにフィットが上手くいっていないものがあった。•• フィット方法を変えても改善しなかったので、そのようなデータは用いないことにした。

4.7 Asymmetryの評価

ところが…

• χ2/ndfが1に最も近かったものの中でも、明らかにフィットが上手くいっていないものがあった。• ↑面積が過大評価される傾向がある。• フィット方法を変えても改善しなかったので、そのようなデータは用いないことにした。

h14Entries 1020Mean 332.7RMS 113.4

energy[keV]200 300 400 500 600

coun

t

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

h14Entries 1020Mean 332.7RMS 113.4

peak by NaI(ADC)γ2

h1Entries 1020

Mean 339.9

RMS 49

Underflow 0

Overflow 0Integral 644

/ ndf 2χ 90.64 / 65

250 300 350 400 450 5000

2

4

6

8

10

12

14

16h1

Entries 1020

Mean 339.9

RMS 49

Underflow 0

Overflow 0Integral 644

/ ndf 2χ 90.64 / 65

NaI and ATERUI (ADC)

図7 失敗例。ガウス関数としてフィットされ

ていない

run number 面積 ±誤差41 754.388 ± 27.46642 583.479 ± 24.15543 478.337 ± 21.87144 539.913 ± 23.23645 503.318 ± 22.43546 514.425 ± 22.68147 434.191 ± 20.83748 ——- ±——49 370.842 ± 19.25750 ——- ±——

time[sec]35000 40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000 75000 80000

corr

ecte

d co

unt

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

adc_NaI

図8 各runの結果(補正済み)

4.7 Asymmetryの評価

NaIによるAsymmetryの結果

Asymmetry= 0.013± 0.018

76%の信頼度でAsymmetryが見えたと言える。（1σちょい）

4.8 ところで triple coincidenceは…？

理想的には…　

の計数でAsymmetryを見たかった

4.8 ところで triple coincidenceは…？

理想的には…triple coincidence

の計数でAsymmetryを見たかった

4.8 ところで triple coincidenceは…？

理想的には…triple coincidence

の計数でAsymmetryを見たかった　実際は…統計が足りなかった

表1 triple coincidence

run number count数41 642 143 244 345 346 147 348 249 450 1

目次1.導入（土居）2.実験準備（中塚）3.実験のセットアップ（藤林）4.解析（前田、筒井）5.考察（河合）

5 考察Asymmetryに影響を与えうる要因

• 鉛の遮蔽度• 磁場の安定性、一様性• ジオメトリーの信頼度

5.1 鉛の遮蔽度

パーマロイ中以外の場所での対消滅から来るγ線、バックグラウンド崩壊のγ線は排除しなくてはいけない。そのため、鉛ブロックを配置した。

5.1 鉛の遮蔽度

パーマロイ中以外の場所での対消滅から来るγ線、バックグラウンド崩壊のγ線は排除しなくてはいけない。そのため、鉛ブロックを配置した。本当に遮蔽できているのか？198Auを用いて鉛の有無によってcount数がどう変化するか調べた

run 線源 遮蔽 count411keV

55 Au 元セットアップ 4557 Au 穴あき鉛の代わりに完全な鉛ブロック 058 Au 穴あき鉛を逆さまに配置 059 Au 鉛なし 675

Ge

鉛 パーマ

パーマ

金

β-

γ

accidental Geカウント

6.67％はAuから出たγ線が直接Ge検出器に入射←十分小さい

5.2 本実験への影響

パーマロイ中以外で対消滅し発生したγ線、バックグラウンド崩壊によるγ線は取り除かなければならない。パーマロイ中以外で対消滅する場所としては、

• 崩壊原子核Cu中→シンチレータとcoincidenceを取ることで排除• プラスチックシンチレータ内• 空気中

しかし、これらは磁場反転に対して変化しないのでasymmetryを見えにくくするが

Asymmetry=( S↓

A↓+C) − ( S↑

A↑+C)

( S↓A↓+C) + ( S↑

A↑+C)

と磁場上向きと下向きで打ち消しあうのでアシンメトリーを増大させることはない。

5.3 作った磁場の安定性

• 各 run最初と最後に誘導起電力を確認• 室温16度から25度程度まで上昇したがこれによる抵抗の変化は小さく磁場への影響は少ないと考えられるRθ = R0(1+ αθ)θ : 温度℃、Rθ : 温度θでの抵抗値、R0 : 温度0℃での抵抗値α : 熱抵抗係数0.004[/℃]

つまり温度変化9℃で抵抗値3.6％変化←十分小さい• モニタリング用電流計がほしかった

5.4 ジオメトリーの信頼度

run41から run54まではセットアップには一切触れることはなく、電流の向きを変えることによって磁場を反転しているので、各 runは全く同じジオメトリーと考えられ、asymmetryには影響しない。

5.5 改善すべき点

• NaI用、MARO用のPMTのゲインが磁場の向きにsensitive• 作った磁場の一様性の測定。本当にヒステリシスは影響していないか？• 64Cuでバックグラウンドの測定（鉛、パーマロイの有無）• triple coincidenceの検出

5.6 まとめ

• 我々の当初の目的は180度方向に出る2γ崩壊によって放出されるγ線を真逆に配置した• Ge検出器とNaI検出器で検出するというものであった。• (シンチレータ、Ge検出器、NaI検出器の triple

coincidence)• しかし、今回十分に統計がたまらず、triple

coincidenceによってasymmetryを見ることはできなかった。

5.6 まとめ

• PMTの磁場耐性を向きも含めて入念に調べておけばこのような事態は回避できたのではないか• 解析はGeの511keVピークを数えることによってasymmetryが有意に存在することを確認することができた。• このように万が一の場合に備えて、様々な解析ができるように、minimum trigerでDAQしておくことは大切だと感じた。

6 おわり

Asymmetry= 0.0648± 0.0312

（最良で）98.1％の信頼率でAsymmetryが見えた！

ありがとうございました

Special Thanks

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

角運動量保存⇒電子とニュートリノは共に

運動量保存、原子核の反跳無視⇒電子と反ニュートリノは真反対に放出される

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

ｚ軸方向にレプトンが放出される反応は上の２種類

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

Ａの系にパリティ変換⇒Ｂの系

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

電子の検出器①を置く

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

パリティ不変⇒①と の計数は同じ

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

と②は同じ計数

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

パリティ不変⇒①と②の計数は同じ

しかし、実際は①≠②⇒パリティの破れ

１.１ パリティの破れの例：Ｗｕらの実験

パリティ不変⇒①と②のcountは同じ

しかし、実際は①≠②⇒パリティの破れ

①の計数＞②の計数

Wuの原論文にある図

C.S. Wu, etal., Phys. Rev. 105(1957) 1413

１.３ 実験の概念図