Transcript J-PARCにおけるハイペロンを含む少数多体系の実験計画

J-PARCにおけるハイペロンを含
む少数多体系の実験計画
谷田 聖（京都大学）
2008年12月25日
研究会「少数粒子系物理の現状と今後の展望」
＠阪大RCNP
少数系における核物理
• 通常核では・・・
– 原子核を核力から（直接）理解できるか？
 いったんは NO
– off-shellでの核力、３体力
– これらを入れると、かなり良くなる（なりそう）
p
D
• ハイパー核ではどうか？
– on-shell の性質もよくわからない
 YN、YY散乱のデータは質・量
ともに（圧倒的に）不足
– これをハイパー核のデータから出したい。
p
N
N
N
• 核力の拡張 [SU(3)対称性]
• 核力も含めて統一的に理解し、その起源に迫りたい
• 伝統的な中間子交換模型で十分か？クォーク、グルーオンの自由度は
見えるか？
YN、YY相互作用へ
相互作用モデルの構築
ハイパー核構造を計算
SU(3)対称性
実験データとの比較
相互作用の特定部分をいじれる  モデルのどこが良い、悪い？
少数系の利点：
– 広大なモデルスペースを扱える
– 生の相互作用を用いて直接計算
– 正しい相互作用  正しい結果
例：計算が（いきなり）破綻？
3
LH
4
LH,
4
LHe
5
LHe
束
縛
エ
ネ
ル
ギ
ー
• ほとんどどんなLN相互作用を持ってきても、この３つを
同時に合わせることができない
（1972年、 Dalitz et al. （NPB47 109） 以降数多い）
• 赤石 et al.,による説明（PRL84 (2000) 3539）
– 強いΛN-∑N coupling を取り入れる
– アイソスピンの選択則によりA=4を強く下げる
Hyperon mixing
• 小さな質量差
• ∑は１π交換で混ざる
• T=0のハイパー核では弱い
– Λ→∑で変化したアイソスピン
を埋め合わせるために、残り
の核も励起
• 荷電対称性の破れ
– MS+ ー MS- ＝ ８ MeV
～0.1 (MS ー ML)
– 相互作用にも現れるはず
J-PARC
• J-PARC =
Japan Proton Accelerator Research Complex
• 50 GeVの陽子加速器を中心とした大強度加速器群
– 50 GeV×15 mA ＝ 750 kW
– KEK-PSの100倍、BNL-AGSの10倍の強度のビームを供給
– 世界で最も強力なK中間子のビームが得られる
→ 他の施設の追随を許さない研究が可能
• 建設はほぼ終了、施設のcommissioning中
– News: 12月23日 30 GeV 陽子加速に成功！
– 2009年からストレンジネス核物理の実験を行う予定
Tokai Site of JAEA
Feb. 2008
Feb. 2008
June, 2007
June, 2007
Dec, 2008
• 24の実験提案のうち、9つがストレンジネス核物理
– すべてScientific approval, 7つがフル採択、4つはDay-1
ハイパー核のγ線分光
(p+,K+ g) at KEK-PS
(K-, p- g) at BNL-AGS
using
Ge array “Hyperball”
J-PARCでは数10~数100倍のスピードでデータを収集
13
NaI array ( LC)
3次元核図表の拡張へ
“Table of Hyper-Isotopes”の出版
Ge detctor array: Hyperball
Upgraded
to Hyperball2
Constructed
by Tohoku/ KEK/ Kyoto
in Tohoku
(2005~)
in 1998

Large acceptance for small
hypernuclear g yields
Ge (r.e. 60%) x 14
W ~ 15%, e ~ 3% at 1 MeV


High-rate electronics
for huge background
BGO counters for p0 and
Compton suppression
荷電対称性の破れ
• A=4： ΛNー∑N混合が強い  荷電対称性の破れ？
• BΛ（4LH） ＝2.04±0.04 MeV
BΛ（4LHe）＝2.39±0.03 MeV
ΔBΛ
＝-0.35±0.05 MeV ← 強いCSBを示唆
（3H, 3He の場合の約5倍）
• 励起状態（1+）では、He側のデータが怪しい
 J-PARC で精度の良いデータが欲しい
– 4He（K－,p－）反応を利用
– 1.1～1.5 GeV/cのK－ビームで 1+ 状態を効率よく生成
• (K-,p0)反応によるさらなる発展を期待
核内Lのg因子測定へ
核内バリオンの磁気モーメント
・ カイラル対称性の部分的回復？
・ Sの混合、核媒質効果
 L-spin-flip
mq が減少→ mq増大？
M1 遷移のB(M1) -> gL
swelling → mq増大？
gc
gL
Doppler Shift Attenuation Method :
Jc
core nucleus
 核構造は正確に押さえなくてはいけない
ψL↑ψc
Jc +1/2
in s-orbit
M1
Jc -1/2
L
"hypernuc
fine struc
in s-orbit
hypernucleus
ψL↓ψc
J-PARCでのガンマ線分光の他のテーマ
J-PARC E13 (Tamura et al.)
 LN 相互作用の詳細 (E13)
 LN スピン依存相互作用と LNN force (10LB and 11LB)
 LN 相互作用の動径依存性 (19LF)
 B(E2) 測定 7LHe, 9LBe and 13LC
→ 8Be,12Cのクラスター構造と Lによるその変化
Lを加えることで中性子ハローは消えるか？
 sd-殻ハイパー核
→変形、集団運動の変化
 重いLハイパー核
→ 核内深部のバリオンの性質？
中性子過剰ハイパー核
(p-,K+)反応
(K-,p+)反応
• J-PARC E10
– 6LH, 9LHeの分光実験
– 高強度p-を利用した (p-,K+)反応
• さらに強いp-ビームを利用できるビームラインの
計画あり（野海）
Hyperheavy hydrogen
• Λ(I=0) + コア核(I=0)
 ∑(I=1) + コア核(I=0)]
• アイソスピン大
– 相手になる核子が増える
– nL  pS-：コア核が安定化
p
n
• 束縛エネルギーを精度よく
決定したい
Akaishi et al.
S＝－２の世界
• 初めてhyperon-hyperon
相互作用が現れる
– ここがわからないとmulti
strangeness系に行けない。
• 非常にdynamicな
システムなのでは？
– Large baryon mixing?
質量差に反比例
– XN-LL-SSが混ざった状態
としてのHダイバリオン？
• ほとんどわかっていない
 J-PARCでの中心課題
E07 Hybrid Emulsion実験
~10000個のX-を原子核乾板中に静止
100個のLL核の検出  LL相互作用
LL核の生成
Xp  LL が運良く
核内に残る（~10％）
エマルジョン中のイベントの例
• 各軌跡の長さ・太さ
– 粒子の種類・エネルギー
• 各バーテックスで何ができ
たかを推定
• ハイパー核の束縛エネルギ
ーを出す。
DBLL = BLL - 2BL
がLL相互作用による分
→ 弱い引力？
LL束縛エネルギーのsystematics
• DBLLは原子核によって違うかも知れない
– 例えば Hyperon mixing によって変わり得る
5
LLHe
6
LLHe
p
n
L
p
n
L
p
n
X
p
n
X
Suppress される
Enhance される
E05 X核分光
Missing mass spectroscopy of 12C(K-,K+)X
 12XBe, 12LLBe
1.8 GeV/c
K- ビーム
大強度
1.4x106 K- /spill
(Phase-1)
Proton beam
30GeV-9mA
高純度
K-/p- ~6.9
E03 X原子のX線測定
• X-atom のX線を測る世界初の実験
– X-A の Optical Potential の直接測定
• Fe(K-,K+) 反応による X- 生成 → 静止 X- → X線測定
Fe target
K-
K+
XX ray
• 方法の確立を目指す
– 数多くのX線測定で、 XA相互作用の解明へ
– ダブルL核のg線分光にもつなげていきたい
まとめ
• 現在建設中のJ-PARCにおいて、ストレンジネス核物理
はメインの研究テーマ
– ９つの実験が提案・採択済み
– 5つのDay-1実験
– さらに多くのアイデアが考えられている
（弱崩壊の実験もありますが、紹介しきれませんでした）
• 少数系の特徴を活かして、YN, YY相互作用や、その荷
電対称性の破れ、hyperon mixingに興味が持たれてい
る。
• 実験は2009年から開始予定
• 今後もJ-PARCにおける発展が期待できる