| Project/Area Number |
22H04917
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
岩崎 雅彦 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (60183745)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野海 博之 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (10222192)
橋本 直 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 理研ECL研究チームリーダー (20732952)
慈道 大介 東京工業大学, 理学院, 教授 (30402811)
大西 宏明 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 教授 (60360517)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥625,560,000 (Direct Cost: ¥481,200,000、Indirect Cost: ¥144,360,000)
Fiscal Year 2024: ¥160,160,000 (Direct Cost: ¥123,200,000、Indirect Cost: ¥36,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥178,880,000 (Direct Cost: ¥137,600,000、Indirect Cost: ¥41,280,000)
Fiscal Year 2022: ¥242,190,000 (Direct Cost: ¥186,300,000、Indirect Cost: ¥55,890,000)
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| Keywords | 反K中間子原子核 / 量子色力学(QCD) / KbarNN / KbarNNN / 大型ソレノイド検出器 |
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| Outline of Research at the Start |
通常の原子核は、陽子や中性子が中間子と呼ばれる仮想粒子を交換することで結合 (束縛) している。一方、中間子が実粒子のままで全体を束縛する原子核（中間子原子核）の存否は決着のつかない長年の謎であった。我々は最近、最も基本的な反K中間子原子核“K-pp”状態を発見し、その存在を明らかにした。本研究では、複数個の核子を持った反K中間子原子核の基本的性質を実験的に確定する。また、カイラル動力学に基づく構造計算・反応計算を発展させ、理論研究基盤を構築する。これらにより、通常原子核の稠密・非圧縮性を超えた超高密度領域において、反K中間子を新奇プローブとするハドロン・原子核研究へと展開する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、反K中間子原子核の詳細を実験的に明らかにするために、円筒型4πスペクトロメータ(CDS) をJ-PARC K1.8BR ビームラインに建設する。このCDSは、超伝導ソレノイド電磁石、円筒形飛跡検出器(CDC)、中性子検出器から構成される。全立体角に感度を持たせ、多粒子同時検出に高い検出効率を持たせることで、将来的な多核子系反K中間子原子核の研究にも発展応用が可能な設計とする。
理論研究においては、カイラル動力学と散乱理論に基づく理論模型を用いて実験で観測された反応過程を詳細に記述することで、生成機構と崩壊過程を分離し、束縛状態の複素質量、構造、波動関数を明らかにする。また、共鳴状態に対する量子力学は充分に理解されているとは言えないため、崩壊する粒子に対する波動関数やその構造、特に複合性を表現する物理量など、基礎物理的な課題を解決していく。
本研究の基盤となる大型超伝導ソレノイドに関して、本年度は、初年度に調達した超電導線材を用いて、この超伝導ソレノイド磁石に用いるコールドマス及び熱輻射シールドの製作を行った。CDCに関しては、当初設計では機械強度的に十分ではないことが制作過程で判明したため、制作会社と極めて緊密な協議・検証を重ね、3年度目に必要な補強加工を施す準備を進めた。理論では、昨年度に引き続き、散乱理論を用いて反応過程を記述し“KbarNN”の共鳴極の位置や大きさを引き出す理論的基盤の整備を行い、既に得られているデータを用いてその有効性の議論を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の理論部分は慈道(東工大)を中心に順調に研究が進んでいる。実験部分は、大別して大型超伝導ソレノイドマグネット・大型ドリフトチェンバー・中性子検出器の３部分で構成される新型スペクトロメータシステムを最初の３年間で作成し、４年目にシステムを統合・調整する。この新型スペクトロメータにより、５年目に実験を行い、最初の学術論文公表することを目指し、研究計画を推進している。
２年度目は超伝導ソレノイドコイルの巻線を完成させた。3年度目に超伝導ソレノイドコイルを囲む真空容器(コールドマス)を完成させ、予定通り超伝導ソレノイドシステムを統合する予定である。
さらに、【今後の研究の推進方策】でも述べるが、以下のように研究目的の再設定を行い、本研究課題の時限内で当初の研究計画と同等以上の成果創出実現を行う。
1）"K-pp"の荷電鏡像状態である"K0bar nn"状態の特定を、ハイパートライトンの寿命測定データを活用したK-3He->πΛp+n反応のπΛp不変質量分光によって前倒しで特定することを目指す。
2）"K-pp"のスピン・パリティ I(J^P) の特定にこだわらず、新たに我々が発見した3核子系の反K中間子原子核である"KbarNNN"のスピン・パリティの決定と分光へ詳細研究を行うことに目的を再設定する。当初目的の"K-pp"のスピン・パリティの特定は、"KbarNNN"での成果創出を行ったうえで、その成果に立脚して改めて取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年度目は、真空容器の設計・製作を行い、2年度目に製作したコールドマス及び熱輻射シールドを組み合わせ、Ｋ中間子束縛核分光用超伝導ソレノイド磁石として完成させる。また、円筒形飛跡検出器(CDC)のコミッショニングを進める。理論では、引き続き、散乱理論を用いて反応過程を記述し“KbarNN”の共鳴極の位置や大きさを引き出す理論的基盤を整備し、既に得られているデータを用いてその有効性をさらに確認する。
しかしながら、本研究課題の研究計画立案以降に、コロナ禍・ウクライナ紛争・急激な為替変動とそれらと連動した運送コスト・物価の急激な上昇などによって、計画どおりに研究を遂行することは難しいことが発覚した。特に、初年度に起こった、超伝導線材に関して入札予定であった日本企業の入札直前での撤退は全体計画に深い爪痕を残した。従って現時点での予算見積もりは、計画立案時点でのそれに比べて、およそ２倍の経費がどうしても必要となっている。
このため、以下のように、研究の実験部分に関しては計画目標の再設定を行う。俯瞰的に反K中間子原子核研究を見た場合の研究順番を入れ替え、自動的にスピン・パリティがI(J^P) = 0(1/2^-)と特定される3核子系の反K中間子原子核研究を優先して実験する。並行して、2核子系の反K中間子原子核"K-pp"のスピン・パリティの特定の実現に向け、研究期間中に可能な限りポラリメータシステムを導入し詳細な測定原理実証をおこなう。更にこれらの成果に基づいて、引き続き本研究課題の課題期間を超えて2核子系の"K-pp"のスピン・パリティの特定へと歩みを進める。本研究課題と、共同研究者である佐久間(理研)が新たに獲得した科研費基盤Sの研究課題との間で緊密な連携を取ることで、一体的に当初目的と同等以上の研究成果創出を目指す。
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