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ハドロン物理実験
小沢 研究室
ハドロン物理とは？
ハドロン




強い相互作用をする粒子
バリオン（核子など）
メソン（π中間子など）
ヒッグス機構による質量と実際の質量の比
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
ハドロン物理とは？





2
d
s
c
b
t
クォークとバレンスクォークは同じ量子数を持つが、質量が違う。
ヒッグス機構に加えて、動的な質量獲得機構が必要
ハドロン相互作用を理解する


u
ハドロンの内部構造を理解する


QCD / Total
Mass
強い相互作用：クォーク間の相互作用
クォークは、ハドロン内に閉じ込められている。
原子核や高温パートン物質による媒質効果
強い相互作用の織りなす物質相構造を理解する
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強い相互作用は、なぜ不思議か？
クォークは、グルーオンを出したり吸ったりして、
色を変えながら相互作用している。
青クォーク
赤クォーク
反赤-青混合色 グルーオン
青クォーク
赤クォーク
グルーオンを交換するFeynman図
途中に交換されるグルーオンは、必然的に色を持つ。
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ボソンが“電荷” を持つと何が起きるか？
強い力
電磁力の場合
＋
－
力が紐のように絞られて、広がらないので
グルーオン同士も相互作用する！！
距離によらず一定の力が働く
どんなに遠くに二つの粒子がいても引きあってしまうので、すべて
の安定状態は、外から見て色荷が見えないような状態となる。
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これを、クォークの閉じ込め、と呼ぶ。
非摂動論領域における描像：閉じ込めと「真空」
閉じ込めは、僕らが「真空」と呼ぶ粒子の周りの空間の
性質によって起こっているという考え方もできる。
周りには何も無い
実際の中間子
Non-perturbative Vacuum
c
s
cs
cs
cs
Perturbative Vacuum
Perturbative Vacuum
周りには何も無いので自由
に手足を伸ばせる。
真空が“詰っている”ため、
閉じ込められる。
この真空中に詰ってしまう（凝縮）が自発的に起こって、相互作用が
本来持っていた対称性を隠し、「真空」（基底状態）を変えてしまうと
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いうのが、対称性の自発的破れ
ハドロン質量に関する対称性
高温
高密度
カイラル対称性が存在
Mass ~ 0 (Higgs only)
When T and r is
going down,
Vacuum
q
Vacuum
q
Quark – antiquark pairs make a
condensate and give a potential.
Chiral symmetry is breaking,
spontaneously.
Vacuum contains quark
antiquark condensates.
So called “QCD vacuum”.
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p as a Nambu-Goldstone boson. 研究室ガイダンス
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QCDの相構造とカイラル対称性の破れ
Spontaneous breaking of a
symmetry is marked by:
* a non-zero order
parameter, the quark
condensate <qq> in the case
of QCD
heavy ion reactions:
A+AV+X
mV(r>>r0;T>>0)
 q q  250 MeV
 q q  0
3
High T
High r
At Nuclear Density
, p. p - beams
SPS
J-PARC
LEPS2
elementary reaction:
, p, p  V+X
mV(r=r0;T=0)
RHIC
LHC
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原子核を用いた実験
原子核は、最も密度の高い物質
原子核中
自由空間中のφ中間子
Non-perturbative Vacuum
埋め込む
cs
cs
Perturbative Vacuum
c
c
Perturbative Vacuum
密度効果により反クォーク・クォーク凝縮が“一部”解けて
原子核中でカイラル対称性が“部分的”に回復質量減少
超伝導において、温度ではなく磁場をかけてもクーパー対が破れるのと同様の現象
原子核中に中間子を生成し、その質量変化を測定
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質量変化を如何に測定するか？
崩壊を用いた原子核内質量スペクトラムの測定



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ＱＣＤ和則を用いると、スペクトラムの平均がクォーク凝縮（カ
イラル対称性の破れの秩序変数）と関係づけられる。
右図のようなダブルピーク
構造が測定できれば、ハ
ドロン物理実験のブレーク
スルー
陽子
標的
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実験施設 J-PARC
Hadron Experimental
Hall
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Hadron Hall
NP-HALL
56m(L)×60m(W)
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High pT
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実験装置

Gas Electron Multiplierという最新鋭の
検出素子を使った、これまでにない検
出器の開発

大規模な検出器群の建設

実験を行う新たなビームラインの建設
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さらに、QCD相図の世界へ
LHC-ALICE/ATLAS
FAIR-CBM
RHIC-PHENIX
J-PARC-E50
Di-quark correlation
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FAIR HADES実験 / BNL-RHIC PHENIX 実験
FAIR 工事中
HADES 移設前
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Weizmann研究所（イスラエル）
と協力してデータ解析中
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研究生活
研究室の大学院生になると何をするか？
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実験の一生
考える
Spring-8, Ｊ－ＰＡＲＣ
作る
実験する
ＲＨＩＣ, LHC, BELLE
解析する
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物を作って実験する
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例えば、僕が学生時代に作ったもの
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君達が作り上げるもの

新実験に向け、最先端の検出器
を開発中

修士論文は、世界最高レベルの検出
器の開発となる。
GEM
最終的に、自分の実験と誇れる実験
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小沢研究室
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構成員は10人
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恭一郎
雄哉
新一
恒
光樹
卓也
裕貴
ひかり
（准教授）
（博士3年）
（博士3年）
（博士2年）
（博士2年）
（博士1年）
（博士1年）
（修士2年）
連絡先：[email protected]


小沢
小松
桝本
中井
菅野
渋川
小原
村上
見学は、いつでも受付中
居室：KEK 4号館306号室
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Back ups
研究の基本は、“人材”
おたく
体育会
物理か実験が好き
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Chiral symmetry
Gluon
quark
Divide with
chirality
Neglect
mass
(if m ~0)
V(q)
The lagrangian does not change under the
transformation below .
This symmetry is called as Chiral
symmetry.
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Symmetric in
rotation
q
2008/10/24
ASIA Science seminar, K. Ozawa