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BELLE/BELLE IIでのハドロン実験
中野貴志(阪大RCNP)
関西中部B, 11月5日@奈良女子大学
KEKBでハドロン物理を研究する利点
• 圧倒的な統計量
– New particles, rare events, high precision
• 高いエネルギー
– Heavy quark hadrons
• 大きなアクセプタンス
– Multi-particle final state
• 優れた運動量分解能とPID能力
– Invariant mass analysis, short lived particles
• ミニマムバイアストリガー
B中間子崩壊での衝撃的発見
B→ J/ + - K過程
におけるX(3872)の
発見
PRL91,262001(2003)
B→ ’ + K過程におけ
るZ(4430)の発見
PRL100,142001(2008)
Z(4430)
X(3872)
その他の過程でも発見が目白押し
始状態輻射におけ
るY粒子シリーズ
PRL99,182004(2007)他
ダブルcc生成に
おけるX(3940)
の発見
PRL98,082001(2007)
二光子衝突
における
Z(3930)=c2’
の発見
PRL96,082003(2006)
Ｂファクトリーで発見された新共鳴粒子
Yb Z(4050),Z(4250)
Y(4660) Z(4430)
Y(4008)
積
分
ル
ミ
ノ
シ
テ
ィ
DsJ(2860)
DsJ(2700)
Xcx(3090)
Y(4320)
c2’
Bファクトリー実験では
これまで十数個の新しい
共鳴粒子を発見
このうちX（3872）や
Z（4430）はエキゾティック
粒子と考えられる
X(3940), Y(3940)
Sc* baryon
triplet
D 0*0 & D 1*0
Y(4260)
X(3872)
DsJ(2317/2460)
hc’ & e+e-cccc
蓄積された大量データの
解析でエキゾティック粒子
の世界の解明が可能
Nuclear Physics Consortium (NPC)
• Nakano Takashi, Ajimura Shuhei , Hotta Tomoaki ,
Maeda Yoshikazu , Morino Yuhei , Muramatsu Norihito
Noumi Hiroyuki, Sumihama Mizuki, Yosoi Masaru, Yuhei Morino
Research Center for Nuclear Physics (RCNP), Osaka Univ.
• Uchida Makoto , Shibata Toshiaki , Miyachi Yoshiyuki , Noriaki
Kobayashi
Tokyo Institute of Technology
• Niiyama Masayuki
21 peoples, 7 institutes
Riken
• Kanda Hiroki, Miwa Koji
@LEPS, JPARC, etc…
Tohoku Univ.
•シフト、サービスタスク義務を共同で果たす
• Matusda Tatsuro
•データ解析講習会やワークショップ
Miyazaki Univ.
•様々な興味・動機
•ハードウェア開発
• Nakazawa Kazuma
•理論のバックアップ
Gifu Univ.
• Takizawa Makoto
Showa Pharmaceutical Univ.
Physics Motivation
 Explicitly exotic heavy hadrons
 Glueball and exotic meson with hidden ss_bar
 Fragmentation functions
 V & A spectral functions
 YN and YY interactions
Quantum Chromo Dynamics
Perturbative
region
Current quark
Chiral symetry is
a good
symmetry
Parton model
Precise determination
of spin structure
functions: GPD
Non-Perturbative region
Color
confinement
Spontaneous
breakdown of
chiral symmetry
Generation of
Hadron mass
Creation of NG
bosons: , K, h
Consitituent quark
Flavor SU(3)
symmetry is a
good symmetry
Quark model
Multi quark hadron
physics: pentaquark,
tetraquark, mesonbaryon resonances
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What are effective degrees of freedom ?
`S
d
u
u
+
S
u
S
u
d
u
`S
or
ud
Meson cloud picture: Thomas, Speth, Weise, Oset, Jido,Brodsky, Ma, …
| p > ~ | uud > + e1 | n ( udd ) + (`du ) >
+ e2 | D++ ( uuu ) - (`ud ) > + e’ | L (uds) K+ (`su ) > …
Di-quark cluster (5-quark) picture: Zou, Riska,Jaffe,Wilczek
| p > ~ | uud > + e1 | [ud][ud]`d > + e2 | [ud][us]`s > + …
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ハドロンを理解する
• ハドロン内のクォークの数を数えることができるか？
それは意味がある問いか？
– cやbはもちろん数えることができる。uやdは？
• ハドロン内で重要な相関（クラスター）は何か？
– di-quark (カラーを帯びている)
– 南部・ゴールドストンボソン（白色）
• ビームを使う実験で検証可能か？
– ハドロンの大きさは測れるか？
Slope for mesons
Slope for baryons
Slope for pentaquarks??
Collins FF @ Belle, PRD78, 032011
Fragmentation function @ Belle
- Collins Fragmentation function (PRD78, 032011)
Precise experiment results on azimuthal
asymmetries related for the Collins fragmentation
function.
→
→
Constraint on Collins FF parameterization
Analyzing power for “quark transversity”
- Fragmentation function to stable mesons (on-going projects)
pion, kaon, proton (and charged hadron) data from Belle energy scale will improve
determination of fragmentation functions, especially for the gluon fragmentation.
The Belle energy scale is similar to the hadron production data from DIS and p-p
scattering used in FF analysis (test of factorization and iso-spin symmetry in FF).
→The extraction of gluon helicity distribution function from polarized p-p collision data
at RHIC depends on fragmentation functions of gluon to charged and neutral pions.
Di-hadron fragmentation function
→
Analyzing power for “quark transversity”
- Fragmentation functions to neutral pion, eta, f0, Lambda, and exotic hadrons
(Y. Miyachi)
不安定なハドロンの生成率
• Tetra-quark やmeson-meson resonance候補の生
成率は他のmesonと比べてどれくらい小さいか？
• Penta-quarkやmeson-baryon resonance候補の生
成率は他のBaryonと比べてどの程度小さいか？
L(1405)とL(1520)の生成率の比は？
• Gruball 候補はどのような生成率を示すか？
様々なハドロン間の
Scattering lengthの測定
S波散乱振幅とscattering length (a) の関係
1 2i
f
e 1  / k a

2ik
4 2
2
  2 sin   4 a
k
古典的には剛体球の半径
より正しくは、相互作用の大きさ・到達距離
 scattering length
2
2
2
7
m
m
m
2
1



alI : a00 
,
a

,
a

0
1
2
2
32 F
16 F
24 F2
Experiment lowest order First two orders
a00
0.26  0.05
0.16
0.20
a02
-0.028  0.012
-0.045
-0.041
a11
0.038  0.002
0.030
0.036


N



K

Invariant mass
の小さい領域
が重要
Scattering lengthの測定の処方箋
1. 様々なハドロンをreconstructする。
2. 様々な不安定なハドロンをreconstructする。
3. ハドロン―ハドロン ペアのinvariant massを計算す
る。
4. 相対運動量が0に近い領域でphase space distribution
からのズレを求める。
5. 理論屋の力を借りてscattering lengthを求める。
B resonanceを経由しないeventを解析する．
Scattering length測定で何がわかるか？
1. 分子共鳴状態の可能性を探る
2. SUf(3)でのChiral摂動論の検証
3. 標的を準備できない短寿命粒子間の相互作用
4. ハドロンの大きさ（？）
個人的にはNk bound stateとしてのQ+の可能性をまず探ってみたい
Explicitly exotic heavy hadrons
Heavy flavor exotic hadrons
S. H. Lee and S. Yasui arXiv:0901.2977 [hep-ph]
軽いクォーク間の強い相関を重いクォーク
で断ち切る
Explicitly exotic heavy hadrons
 Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)
Tcc
c c u d
Tcc cannot be regared as two quark state.
So, it is „explicitly“ exotic.
Carlson, Heller, Tjon (1988)
Silvestre-Brac and Semay (1993)
Manohar and Wise (1993)
Explicitly exotic heavy hadrons
 Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)
D mesons
Tcc
c c u d
c u +
Stable against decay to two D meosns?
c d
Explicitly exotic heavy hadrons
 Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)
D mesons
Tcc
c c u d
c u +
Stable against decay to two D meosns?
We consider color-spin interaction.
c d
Explicitly exotic heavy hadrons
 Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)
D mesons
Tcc
c c u d
1/4mc2 -3/4mu2
(mu /mc≈0.2)
c u +
-3/4mcmu
We consider color-spin interaction.
c d
-3/4mcmu
Explicitly exotic heavy hadrons
 Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)
D mesons
Tcc
c c u d
c u +
c d
1/4mc2 -3/4mu2
-3/4mcmu
-3/4mcmu
(mu /mc≈0.2) ud pair (spin singlet) is dominantly attractive.
→ Tcc seems really stable state.
Observation
 Belle, BABAR, etc.
e+e- (or pp) collisions
double charm production
Belle
e+e- → J/ψ ηc
J/ψ χc , J/ψ ηc (2S)
PRL89, 142001 (2002)
PRD70, 071102 (2004)
BABAR
e+e- → J/ψ ηc , J/ψ χc0 , J/ψ ηc (2S) PRD72, 031101 (2005)
→ Possible to search Tcc+c+c ?
Double charm baryonの研究も有望
「多彩なフレーバーでさぐる新しいハドロン存在形態の包括的研究」
世界をリードする素粒子原子核分野の実験・理論研究者が、「ハドロン」という共通のキー
ワードを得て結集、その境界領域に新しいハドロン物理学を創成する。
E01（理論研究） QCDに基づく統一的な理解＋実験への予言
クォークがどのように質量を獲得し、どのような形態でハドロンに閉じ込められるのかを探る
A01（Bファクトリー）
C01（J-PARC E16)
B01（LEPS)
e–
e+
質量生成機構の解明
e+
e-
q q q q ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ
g
c, b -クォーク
X
u
c
c
Z
u
u
c
c
ﾃﾄﾗｸｫｰｸ
d
Yb
u
b
b
u
c
c
uu
c c
クラスター
qqqqq
Mqの変化
u, d, s -クォーク
d u
u s
d

Q
u
d u
u
s
原子核
q
q
q
q
L(1405)
多彩なフレーバーと密度を変数とした（マルチ）クォーク物質の豊富なデータ
D01（検出器）：将来の加速器増強に向けて必要となる検出器共同開発