Transcript 核子スピン - Indico

COMPASS実験の紹介
〜回転の起源は？〜
山形大学 堂下典弘
1996年
1997年
2002年
2014年
COMPASS実験グループを立ち上げ
実験承認
実験開始
Phase II へ
現在１３カ国２２０名が参加
日本グループ ：山形大学、KEK、宮崎大学、
中部大学から１１名参加
自然界における回転
宇宙の星雲
地球の回転（自転＋公転）
回転が
安定保持に作用
微小な回転を
突き詰める
陽子、中性子、
電子の自転
出典：キャノン
電子：内部構造を持たない
陽子、中性子：クォークと
COMPASS実験の研究課題：
核子の自転（スピン）の源を
クォークやグルーオンのスピンや公転（軌道回転）
で説明できるか？
陽子や中性子の内部はどうなっているのか？
核子のスピン：1/2
クォークスピン：1/2
伝統的なクォークモデル
陽子の場合
2つのuクォークと
1つのdクォークから
なる複合粒子
量子色力学
（強い相互作用を記述）
複数のクォークが
グルーオンによって
結合した複合粒子
核子スピンは、
３つのクォークスピンの合成
バレンスクォーク
1 1
= DS + DG + Lq + Lg
2 2
:
:
Lq ,Lg:
バレンスクォークと
シークォークスピ
グルーオンスピン
軌道角運動量
核子スピンの研究歴史とCOMPASS実験
１９８０年代 CERN EMC実験 「核子スピンに対するクォークスピンの寄与
「スピンクライシス」
１９９０年代 CERN SMC実験、ドイツHERMES実験
２０００年代 COMPASS実験
「クォークスピン寄与は約２５％」
２０００年代 COMPASS実験
アメリカRHIC実験の結果と合わせて
クォーク
スピン寄与
クォークや核子スピン
世界最高精度の
グルーオン
グルーオン偏極度測定
の軌道回転
か？
「グルーオンスピン寄与は30％程度」
クォーク軌道回転寄与に注目：現在実験準備中
量子色力学による核子構造の記述ができるか？
グルーオン
スピン寄与
なぜCERNでスピン起源探索か？
• 特殊なビーム：偏極ミュー粒子ビームやパイ粒子ビーム
• 特殊な標的：偏極核子標的
偏極 ： スピンの向きを揃えた状
偏極ビーム＋偏極標的で
核子内のスピンの情報にアクセスできる
日本グループ
偏極核子標的システムに責任をもつ
世界最大の偏極標的システム
- 直径４cm、長さ１３０cmの標的物質この容量では
Coldest point in the world
- ２．５Tの磁場
- ５０mK（-273.10度）まで冷却
COMPASS実験施設の位置
CNGS
6
COMPASS 実験装置
〜固定標的実験〜
全長５０m
ハドロン検出部
ミュー粒子検出部
ビーム
偏極標的
分析用電磁石
世界最高エネルギーの
レプトンビーム（１９０GeV）
RICH
実験ホールは地上に設置
マイクロ波キャビティ
超伝導磁石
希釈冷凍機
ノーベル賞とスピン(とCERN)
• １９４０年 I. Rabi 原子核の磁気能率測定方法
CERNのコンセプトを考え、立ち上げに貢献
• １９５２年 F. Bloch、E. Purcell 核磁気の精密
な測定
核磁気共鳴-> MRI
F. BlochはCERNの初代所長
• １９５５年 P. Kusch 電子の磁気能率の精密測
まとめ
•
•
•
•
スピンの起源探索
2002年より実験開始
グルーオンの核子スピンへの寄与は大きくない
今後クォークの軌道回転に注目して研究を進めて行く
補足
また、COMPASSではパイ粒子ビームや陽子ビームと
原子核標的や液体水素標的を用いて
• パイ粒子の内部構造測定
• 普通でないエキゾチックな生成粒子測定
なども行っている。
スピンの利用
医療機器のMRI
(核磁気共鳴画像法）装置
リニア新幹線
体内水分子の
電子スピンから生ずる
水素原子核（陽子）スピンを利用 超伝導磁石による磁気浮上車
出典：ウィキペディア
光子グルーオン融合とSemiInclusive深非弾性散乱測定
オープンチャーム（q= c)
• クリーンチャンネル
(低物理バックグラウンド)
• 低統計量
• K、π粒子によるDメソン同定 by RICH
High pT ハドロンペア（q= u, d, s)
• 高統計量
• 物理バックグラウンド
二重スピン非対称度測定
p
PB: ビーム偏極度
PT: 標的偏極度
f : ダイユーションファクター
N : イベンド数
の抽出
COMPASS 偏極標的システム
(upgraded in 2006)
希釈冷凍機
• 50mK
• 300mKで350mWの冷却能力
磁石
•
•
高均一度2.5Tソレノイド, 0.6Tダイポール
180mrad アクセプタンス
標的セル
• 3 セル (30, 60 30cm long)
• 直径4cm
マイクロ波システム
• 2 EIO 発振器 (20W)
NMR システム
• 10 チャンネル (3, 4, 3)
beam
180mrad
GPDプログラムの目的
GPD（一般化されたパートン分布）関数
4種類：
H, H˜ , E, E˜ (x,x,t)
Jiの和則：
クォークのスピンと軌道角運動量の和
核子の３次元像：H(x,x ,t)
or H(PX ,ry,z )