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Study of nucleon spin structure in quark level with a large polarized target

Research Project

Project/Area Number 20H05637
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Broad Section B
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

岩田 高広  山形大学, 理学部, 教授 (70211761)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松田 達郎  宮崎大学, 工学部, 教授 (20253817)
宮地 義之  山形大学, 理学部, 教授 (50334511)
Project Period (FY) 2020-08-31 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥201,760,000 (Direct Cost: ¥155,200,000、Indirect Cost: ¥46,560,000)
Fiscal Year 2023: ¥28,080,000 (Direct Cost: ¥21,600,000、Indirect Cost: ¥6,480,000)
Fiscal Year 2022: ¥25,610,000 (Direct Cost: ¥19,700,000、Indirect Cost: ¥5,910,000)
Fiscal Year 2021: ¥47,450,000 (Direct Cost: ¥36,500,000、Indirect Cost: ¥10,950,000)
Fiscal Year 2020: ¥100,620,000 (Direct Cost: ¥77,400,000、Indirect Cost: ¥23,220,000)
Keywords核子スピン / クォーク / 軌道角運動量 / 偏極標的 / QCD / 偏極ターゲット / CERN / 核子 / スピン
Outline of Research at the Start

物質を構成するのは電子と、原子核を構成する核子(陽子と中性子)である。電子はスピン1/2を持つ素粒子で、その性質はよく理解されている。ところが、やはりスピン1/2を持つ核子の構造は十分に解明されていない。核子は、スピン1/2を持つ素粒子であるクォーク3個が軌道角運動量0で結合した複合粒子で、そのスピンはクォークスピンの合成と考えられてきた(クォークモデル)。ところが、現実にはクォークスピンの役割が少ないことが分かってきている。本研究では「核子のスピンがなぜ現れるのか?」を解明するため、特にクォークの軌道運動が核子スピンに与える影響の有無を詳しく調べ、核子スピンの起源に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

物質はどのようにできているのか? 物質を構成するのは電子と、原子核を構成する核子(陽子と中性子)である。電子はスピン1/2 を持つ素粒子で、その性質はよく理解されている。ところが、やはりスピン1/2 を持つ核子の構造は十分に解明されていない。核子は、スピン1/2 を持つクォーク3個が軌道角運動量:L=0で結合した複合粒子で、核子のスピンはクォークスピンの合成と考えられてきた(クォークモデル)。ところが、クォークスピンの役割が少ないことが分かってきている。結局、クォークスピン以外で核子のスピンに寄与しているものは何か? は現在も不明で「核子スピンの起源の謎」と呼ばれる重大な問題になっていた。本研究では核子スピンの起源を実験的に探究する。クォークの軌道角運動量(OAM)寄与を示すため、重陽子偏極ターゲットを用いてスピン非対称度を測定する。Sivers 関数を決定し、OAM 寄与の存否を決定する。またTransversity 関数を抽出し、標準モデルを超える理論で予想される核子の電気双極子能率(EDM)の大きさに影響するTensor-Charge を決定し、EDM の上限への示唆を与える。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022年5月から11月の間、160GeVのミューオンをLi6D偏極標的に入射して、データ収集をおこなった。収集した主なデータは散乱ミューオンと生成ハドロンを同時計測する、准包含深部非弾性散乱(SI-DIS)でのスピン非対称度である。この間、偏極標的は非常に順調に運転され、データ収集中は重陽子偏極度40%以上を記録した。この運転には日本からのリモートによる監視と制御が大きな役割を果たした。特に、欧州が夜間で運転者が手薄な時期における日本グループの貢献は顕著だったと思われる。結果的に、スペクトロメーターを含めた全体の実験装置も大きな問題無く働き、重陽子標的でのSI-DIS反応としては過去最大のデータ量を収集することができた。このデータを用いて重陽子スピン、散乱ミューオン、そしてハドロンの方位角の相関を解析し、様々なスピン非対称度を出すべく、解析を行っている。主な非対称度としてシバース非対称度、コリンズ非対称度があるが、前者は核子内のクォークの空間回転に敏感であり、後者は核子のスピンとクォークスピンの相関を表す。両者ともに核子スピン構造研究のために重要な量であり、今後の解析の結果が期待される。

Strategy for Future Research Activity

今後は収集したスピン非対称度から核子内部でのクォークの状態を示すシバース分布やTransversity分布を抽出すべく、解析を継続する。おおよそ半分程度のデータ解析が終了した段階で結果を国際会議で発表し、さらに論文にまとめ出版する。さらに残りの解析を続け、すべてのデータを解析し、シバース分布、Transversity分布に関する最高精度の結果を発表するようにして、核子のスピン構造に関する知見を極めるようにする。

Assessment Rating
Interim Assessment Comments (Rating)

A-: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress in research has been made on the whole though a part of it has been delayed.

Report

(7 results)
  • 2022 Abstract (Interim Assessment) ( PDF )   Annual Research Report   Interim Assessment (Comments) ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Abstract ( PDF )   Comments on the Screening Results ( PDF )   Annual Research Report
  • Research Products

    (3 results)

All Other

All Int'l Joint Research (2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] CERN(スイス)

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      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] CERN(スイス)

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      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] COMPASS共同研究

    • URL

      https://wwwcompass.cern.ch/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-09-07   Modified: 2024-12-25  

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