Эксперимент OLYMPUS на ускорителе DORIS (DESY) Александр Киселёв ПИЯФ РАН Москва, сессия отделения ЯФ РАН

План доклада Проблема измерения форм-фактора протона Эксперимент OLYMPUS Участие ПИЯФ в эксперименте Статус и ближайшие планы

Форм-фактор протона Фундаментальная физическая величина, описывающая распределение электрического заряда и магнетизма в протоне Определяется кварковой структурой протона Амплитуда упругого e-p рассеяния в однофотонном приближении факторизуется с использованием форм-факторов в следующем виде:

Эксперимент: Rosenbluth separation Сечение упругого электрон-протонного рассеяния в однофотонном приближении : Метод измерения: построение при фиксированном Q 2 зависимости приведённого сечения от :

Эксперимент: передача поляризации Метод: измерение отношения поперечной ( ) и продольной ( ) компонент вектора поляризации протона отдачи в плоскости рассеяния В однофотонном приближении :

Экспериментальное сравнение SLAC Rosenbluth данные JLab Hall A поляризационные данные Два метода – два разных результата! ?

e + -p и e - -p упругое сечение P.G. Blunden et al., Phys. Rev. C 72, (2005)

(Модифицированный) спектрометр BLAST из MIT Накопительное кольцо DORIS (DESY, Гамбург), электроны и позитроны, 100mA и выше Внутренняя протонная газовая мишень ~3*10 15 atoms/cm 100 mA L = 2x10 33 cm -2 s -1 Измеряемая величина: отношение сечений упругого e + -p и e - -p рассеяния при энергии 2.0GeV в диапазоне ~ [ ] по ε при Q 2 до ~2.2 (GeV/c) 2 Прецизионное мониторирование светимости Интегральная ошибка измерения ~1% Эксперимент OLYMPUS

Планируемая точность измерения

MIT и университеты Arizona, Hampton, Colorado, Kentucky, New Hampshire DESY и европейские группы (Bari, Ferrara, Rome, Bonn, Erlangen, Mainz, Glasgow) ПИЯФ и ЕрФИ Коллаборация OLYMPUS

Большой угловой захват: 20 o < < 80 o, -15 o < < 15 o МАГНИТ B max = 3.8 kG ДРЕЙФОВЫЕ КАМЕРЫ Трекинг СЦИНТИЛЛЯТОРЫ Триггер, ToF, PID (p ДРЕЙФОВЫЕ КАМЕРЫ СЦИНТИЛЛЯТОРЫ МИШЕНЬ ПУЧОК МАГНИТ Спектрометр BLAST

8 катушек – 6730 A – 3700 G 3D карта поля Тороидный магнит

Трековая система дрейфовые камеры GEM upgrade

Контроль за систем.ошибкой Переход с электронов на позитроны ~1 раз в день Смена полярности магнита ~1 раз в день Left-right и top-bottom симметрия детектора ep-elastic монитор светимости под углом 12 0 Дополнительный BhaBha/Moeller монитор светимости под углами ~25mrad?

Одобрен DESY PRC в мае 2009 Получил одобрение международной экспертной комиссии и успешно прошёл Technical Review в DESY в сентябре 2009 US DoE подтвердило финансирование 2 недели назад Статус эксперимента и планы 2009Утверждение TDR 2010Доставка спектрометра BLAST в DESY, модификация DORIS, конструирование мониторов светимости 2011Установка и тестирование детектора на пучке 2012Набор данных

Вклад ПИЯФ в эксперимент Монте-Карло моделирование BhaBha/Moeller монитора светимости Поставка в эксперимент ep-elastic монитора светимости Slow Control Software Программное обеспечение для выстройки детектора и трекинга Инсталляция, тестовые измерения, набор данных Обработка данных и представление результатов

Competition E beam GeV Светимость см -2 sec -1 min Q 2 (GeV/c) 2 Сроки VEPP-31.6~ – 2012 JLab5.7~ 1.3* ? OLYMPUS2.0~2.0* Эксперименты, нацеленные на измерение отношения упругих e + -p и e - -p сечений

Summary Эксперимент OLYMPUS поддержан администрацией DESY и принят к постановке Гарантирована финансовая поддержка US DoE Набор данных состоится в 2012 году Отношение сечений упругого электрон- протонного и позитрон-протонного рассеяния будет измерено с ~1% точностью

Backup slides

Rosenbluth separation, illustration

Speculation : there are radiative corrections to Rosenbluth experiments that are important and are not included missing correction : linear in not strongly Q 2 dependent G E term is proportionally smaller at large Q 2 effect more visible at large Q 2 Possible explanation of discrepancy

Sufficient counts at all angles only for E

Lowest epsilon ~0.4 only for E < 2.3 GeV At epsilon = 0.4, require E>2 GeV to maintain Q 2 > 2 (GeV/c) 2 (OLYMPUS): acceptance

Blunden et al. Prediction: proton form factor ratio

Electron Left Electron Right Advantages of magnetic field: - suppression of background - 2-3% momentum resolution σ θ = 0.5 o and σ φ = 0.5 o 850 MeV energy, ep-elastic BLAST event reconstruction

Change between electrons and positrons regularly Change BLAST polarity every day Left-right symmetry provides additional redundancy – two identical experiments simultaneously taking data Super ratio: Cycle of four states ij Repeat cycle many times OLYMPUS: control of systematics

Copper layer-sandwiched kapton foil with chemically etched micro-hole pattern gas amplification in the hole GEM = Gas Electron Multiplier introduced by F. Sauli in mid 90s, F. Sauli et al., NIMA 386 (1997) 531 Upgrade: GEM vertex detector

Forward trackers 10 o 2 tGEM trackers, 30msr, 10 o, R=160/230/300cm, dR=70cm, 3 tracking planes Upgrade: forward luminosity monitor θ 0 o, ε 1 TPE effects 0

JLAB Polarization Transfer experiment (V.Punjabi, C.F.Perdrisat, et al. Phys.Rev. C71, 2005) dipole HRSp proton polarimeter Vertical bending Θ B =45 deg. dipole HRSe EMC Polarized e-beam P e ~ , GeV, 5-15 μA. JLAB Hall A two-arm spectrometer (top view) S.Belostotski Seminar HEPD, May

VEPP-3 experiment E e =1.6 GeV (up to 2 GeV) electron current ~ 30mA, positron current limited to ~ 9mA HERMES type gas target atoms/cm 2, L10 31 cm -2 s Planned for S.Belostotski Seminar HEPD, May

JLAB Polarization Transfer Results Hall B, CLAS spectrometer, primary 5.7Gev e-beam 1A γ-beam e+e- beam 250 pA thick hydrogen targetL=1.3x10 33 cm -2 sec -1 Major challenge hard background conditions related to e+e- production target S.Belostotski Seminar HEPD, May