A Monte Carlo Simulation of Fiber Target in S-2S
[J-PARC E05 experiment: Ξ- hypernuclear bound state search
using the (K-,K+) reaction.]
Yield of the Ξ- hypernuclei should be reasonably high to observe
the state as a peak structure.
One of the straightforward ways to achive a higher statistic is making a production target thickness thicker.
However, an energy resolution of Ξ- hypernuclear state becomes worse as the target thickness is
thicker due to an energy loss straggling and unbalanced energy loss contributions of K-
and K+ to
the missing mass shift, mainly depending on a Ξ hypernuclear production point in the target along
a beam direction.
An idea to correct the energy losses of K- and K+ event by event
is introduction of an active target
which is made of plastic scintillation fibers. The event by event energy loss correction might have a
possibility to achive higher energy resolution even when we use a thicker target.
FIG1: A drawing of fiber target (idea in Oct2015)
FIG2: Visualized geometry and tracks in Geant4 simulation
CAD Drawing
Monte Carlo Simulation
2週間くらいで作ったコードなので無駄の多い記述になっていますが、最低限は動くはずです。
(2018年1月に少しだけ修正しました。)
-
ソースコード
(tar.gz, 69 MB)
→ geant4.10.04で動作確認済
- 動かし方
- ソースコードをダウンロードしてコンパイル
$ tar zxvf FiberTarget_20180104.tar.gz
$ cd FiberTarget/
$ cd build
$ cmake ..
$ make
- 入射K-のエネルギー損失のモンテカルロ計算
$ cd run/
(インプットファイルを必要に応じて編集: run/input/param.in)
(マクロファイルを必要に応じて編集: macro/run.mac)
$ FiberTarget (マクロファイル) (インプットファイル)
ex.) $ FiberTarget macro/run.mac input/param.in
- 出来たROOTファイルをちょっと加工
一番最初のファイバー面がxなので、
ここから生成したイベントのみを今後に生かす。
$ cd analysis/root/fiber_display/
(ここで、convert.cc内を編集し"2"で出来たROOTファイルを指定する。)
$ root convert.cc
(すると、新しいROOTファイルができる。)
- K-のエネルギー損失を考慮した(K-,K+)の運動学計算
$ cd analysis/root/gen1/
$ make
(input.dat内に必要な情報を記入(散乱粒子の運動量／角度範囲、標的ID、アウトプットするseedファイルのパス等))
$ ./gen ("3"で出来たROOTファイルのパス)
(すると、input.datで指定したパスにseedファイルができる。)
- 散乱K+のエネルギー損失のモンテカルロ計算
$ cd run/
(インプットファイルに"4"で出来たseedファイルを指定すると共に、seedファイルフラグを2に指定。
参照: input/param2.in)
(マクロファイルに指定する射出K+数はseed以上にしないように指定する。)
$ FiberTarget (マクロファイル) (インプットファイル)
ex.) $ FiberTarget macro/run.mac input/param2.in
- Ξ-核崩壊のモンテカルロ計算の為の種(seed)の準備
$ cd analysis/root/gen2/
$ make
(input.dat内に必要な情報を記入(アウトプットするseedファイルのパス等))
$ ./gen ("5"で出来たROOTファイルのパス)
- Ξ-核崩壊のモンテカルロ計算
$ cd run/
(インプットファイルに"6"で出来たseedファイルを指定すると共に、seedファイルフラグを3に指定。
参照: input/param3.in)
(マクロファイルに指定する射出Ξ-核数はseed以上にしないように指定する。)
$ FiberTarget (マクロファイル) (インプットファイル)
ex.) $ FiberTarget macro/run.mac input/param3.in
- "7"の段階で得られるROOTファイルの主な変数
- Ξ-核生成位置: xBeam, yBeam, zBeam [cm]
- Ξ-核の生成時の運動量: pxBeam, pyBeam, pzBeam, pBeam [MeV/c]
- 入射K-の運動量: km_px0, km_py0, km_pz0, km_p0 [MeV/c]
- 入射K-のΞ-核の生成時の運動量: km_px, km_py, km_pz, km_p [MeV/c]
- 散乱K+の運動量: kp_px, kp_py, kp_pz, kp_p [MeV/c]
- 散乱K+のΞ-核の生成時の運動量: kp_px0, kp_py0, kp_pz0, kp_p0 [MeV/c]
- 入射K-に関連したファイバーのエネルギー損失:
dE_fiberx_kminus[fiber_ID], dE_fibery_kminus[fiber_ID]
- 散乱K+に関連したファイバーのエネルギー損失:
dE_fiberx_kplus[fiber_ID], dE_fibery_kplus[fiber_ID]
- Ξ-核(崩壊イベントも含めて)に関連したファイバーのエネルギー損失:
dE_fiberx_xi[fiber_ID], dE_fibery_xi[fiber_ID]
(fiber_ID:
xは前から後ろ、ビームから見て向かって右から左に頭首番号。
yは前から後ろ、ビームから見て向かって上から下に頭首番号)
- "7"まで行って出来たサンプルROOTファイル: analysis/root/fiber_display/fiber_12Xi-4.root
- イベントディスプレイのサンプル:
$ cd analysis/root/fiber_display/
$ root display3.cc
FIG3: イベントディスプレイのサンプル。青いマーカーがK-、赤いマーカーがK+、
緑のマーカーがΞ-核イベントに関与したイベントによりエネルギー損失があったファイバーを示している。
Reports
- Report 1 (2015/10/15):
(pdf)
(pptx)
→ NOTE:
There is a bug in a missing mass calculation (Missing mass resolution is worse due to the bug.)
- Report 2 (2015/10/17):
(pdf)
(pptx)
- Report 3 (2018/01/05):
(pdf)
(pptx)