CEBAF大型受入分光計（CLAS）は、米国バージニア州ニューポートニューズにあるジェファーソン研究所の実験ホールBに設置された原子核および素粒子物理学用検出器です。世界各国から集まった200名以上の物理学者（CLAS共同研究）の協力により、 原子核物質の特性を研究するために使用されています。
ジェファーソン研究所の加速器から放出される0.5～12.0 GeVの電子ビームは、CLASシステムが設置された実験ホール「ホールB」に導入されます。入射ビーム中の電子または光子は、CLASの中心に位置する物理「ターゲット」内の原子核と衝突します。これらの衝突は一般的に新しい粒子を生成します。多くの場合、ターゲット核子（陽子と中性子）が短時間励起され、通常の陽子と中性子よりも質量の重い粒子に変化した後に発生します。「中間子」と呼ばれる、様々な中間質量の短寿命粒子が生成されます。散乱された電子と生成された長寿命粒子は、CLAS検出器を通過し、そこで測定されます。素粒子物理学者はこれらの測定結果を用いて、陽子と中性子の根本的な構造を推定し、これらの新しい粒子を生成する相互作用をより深く理解しようとしています。
CLAS検出器システムは1998年まで2012年5月まで運用されていました。その後も、出版物に記録されているように、アーカイブデータの解析は数年間継続されました。2012年以降、CLAS12と呼ばれる類似の新しいシステムが構築され、2017年に粒子ビームによる運用を開始しました。
検出器機能の概要
CLAS検出器は、ハドロン粒子物理学の分野における装置の中でも、非常に広いアクセプタンスを有していた点で特筆すべき存在でした。言い換えれば、電子と陽子の衝突で生成されるほぼすべての粒子の運動量と角度を測定できたのです。検出器はほぼ球形で、直径は30フィート（約9メートル）でした。検出器は物理ターゲット（通常は液体水素（水素の原子核は陽子1個で構成）または重水素（原子核は中性子と陽子で構成）の小さな円筒）を囲んでいました。
粒子と標的の衝突はそれぞれ「イベント」と呼ばれます。精巧なデータ収集システムが、粒子検出器で測定された各イベントを記録します。平均すると毎秒数千イベントに達します。このデータはその後、計算プロセッサの「ファーム」に転送されます。物理学者のチームがイベントを分析し、新しい種類の粒子や陽子の基本的な構造に関連する情報を探します。
検出器の説明
図には CLAS 検出器の図と、メンテナンスのために検出器を部分的に開いたときの写真が示されています。物理ターゲットは中央にあります。荷電粒子は、最前方 (ビーム) と最後方 (ビーム) の方向、および 6 つのトロイダル磁場コイルが占める方位方向を除く、ほぼすべての方向で検出されます。検出器はネストされた形式で設計されており、粒子の軌道を追跡するか、粒子の飛行時間を記録するために、連続した層の粒子検出器が配置されています。トロイダル磁場により、ターゲットからの荷電粒子はビームラインに向かう方向またはビームラインから離れる方向に円弧を描いて曲がります。ターゲットを離れた粒子は、まずタイミング カウンタを通過して軌道の開始を記録します。次に、粒子は 3 つのドリフト チェンバー パッケージを通過します。これらのドリフト チェンバーは磁場内での粒子の軌道を追跡するために使用されるため、それによって粒子の運動量を決定できます。
磁場の外側には、タイミング検出器の層があり、標的から約4メートルの距離で粒子の通過時間を測定します。粒子の軌跡の経路長を移動時間で割ると、速度が得られます。粒子の運動量と速度が分かれば、質量に基づいて粒子を識別できます。CLAS検出器には、前方方向にも追加の検出器（チェレンコフカウンタと電磁カロリメータ）が搭載されており、電子とパイ中間子などの他の種類の粒子を区別することを目的としています。
物理学プログラム
CLASでは、ビーム内の電子を用いる実験と、電子ビームを用いて生成されるいわゆる実光子を用いる実験の2つのカテゴリーの実験が行われました。電子散乱を用いる実験では、主に陽子の構造と、様々な原子核以下の「長さスケール」におけるその励起状態を調べます。実光子ビームを用いる実験では、主に中間子と励起重粒子の生成と崩壊を調べます。
CLASプログラムから生まれた科学技術論文のリストは、この記事の下部にリンクされています。取り上げられている質問の範囲は幅広く、以下のトピックのリストは順不同です。
- 核子励起状態の生成と崩壊を研究するための核子による非弾性電子散乱
- ハイペロンの光電子生成、基底状態と励起ストレンジバリオンのスペクトルの探究
- 核子からの中間子光生成、クォーク模型では説明できない中間子状態の探索
- 原子核内の核子間の相関関係を研究するための原子核標的の電気分解
- 偏極ビームやターゲットを用いた中間子生成を伴う深非弾性電子散乱により、核子内部のクォークの完全な3D分布を研究する。
協力機関（1989年からの累計）
- アリゾナ州立大学 - アリゾナ州テンピ
- カリフォルニア州立大学ドミンゲスヒルズ校
- カーネギーメロン大学 - ピッツバーグ、ペンシルベニア州
- アメリカカトリック大学 - ワシントン D.C.
- CEA-サクレー - ギフ・シュル・イベット、フランス
- クリストファー・ニューポート大学、バージニア州ニューポートニューズ
- フロリダ国際大学 - フロリダ州マイアミ
- フロリダ州立大学 - フロリダ州タラハシー
- ジョージ・ワシントン大学 - ワシントン D.C.
- アイダホ州立大学 - ポカテッロ、アイダホ州
- INFN、フラスカーティ国立研究所 - フラスカーティ、イタリア
- INFN、ジェノバ地域 - ジェノバ、イタリア
- Institut de Physique Nucléaire - オルセー、フランス
- ITEP - モスクワ、ロシア
- ジェームズ・マディソン大学 - バージニア州ハリソンバーグ
- 慶北大学 - 大邱、韓国
- マサチューセッツ工科大学 - マサチューセッツ州ケンブリッジ
- モスクワ国立大学 - ロシア、モスクワ
- ミシシッピ州立大学 - ミシシッピ州立大学
- ノーフォーク州立大学 - バージニア州ノーフォーク
- ノースカロライナ州立農工科大学 - ノースカロライナ州グリーンズボロ
- オハイオ大学 - オハイオ州アセンズ
- オールドドミニオン大学 - バージニア州ノーフォーク
- レンセラー工科大学 - ニューヨーク州トロイ
- ライス大学 - テキサス州ヒューストン
- ウィリアム・アンド・メアリー大学 - バージニア州ウィリアムズバーグ
- トーマス・ジェファーソン国立加速器施設 - バージニア州ニューポートニューズ
- ユニオンカレッジ - ニューヨーク州スケネクタディ
- フェデリコ・サンタマリア・テクニカ大学 - バルパライソ、チリ
- カリフォルニア大学ロサンゼルス校 - カリフォルニア州ロサンゼルス
- コネチカット大学ストーズ校（コネチカット州）
- エディンバラ大学 - スコットランド、エディンバラ
- グラスゴー大学 - スコットランド、グラスゴー
- マサチューセッツ大学アマースト校
- ニューハンプシャー大学 - ダーラム、ニューハンプシャー州
- パリ第 11 大学 - オルセー、フランス
- リッチモンド大学 - バージニア州リッチモンド
- サウスカロライナ大学コロンビア校
- バージニア大学 - バージニア州シャーロッツビル
- バージニア工科大学 - バージニア州ブラックスバーグ
- エレバン物理学研究所 - アルメニア、エレバン
世界中の同様の施設
外部リンク
- ジェファーソン研究所のホールB公式ウェブページ
出版物一覧
- CEBAF大口径分光計（CLAS）の技術説明
- INSPIRE-HEPからのCLAS出版物のリスト
- JLab Hall BウェブサイトからのCLAS出版物のリスト
