Lifetime measurement of light hypernuclei using a kaon beam

• Project Area: Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• Project/Area Number: 21H00129
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 橋本 直 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (20732952)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: ハイパー核 / ハイパートライトン / J-PARC

Outline of Research at the Start

本研究では ハイパートライトン(3ΛH: 陽子、中性子、Λ粒子1つずつの束縛状態) 及びハイパー四重水素(4ΛH: 陽子1つ、中性子2 つ、Λ粒子1つの束縛状態) を生成し寿命を高精度で測定することを目指す。特に3ΛH はΛN相互作用のベンチマークとなる状態であるが近年の重イオン実験で報告される寿命と理論予測は乖離している。我々はK中間子ビームを用いた新しい手法で高精度のデータを提供することでストレンジネスを含むバリオン間力の理解に貢献したい。

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではハイパートライトン(陽子、中性子、Λ粒子1つずつの束縛状態) 及びハイパー四重水素(陽子1つ、中性子2 つ、Λ粒子1つの束縛状態) をK-中間子ビームをヘリウム3/4標的にに照射することで生成し、その崩壊時間から寿命を高精度で決定することを目指す。特にハイパートライトンはΛN相互作用のベンチマークとなる状態であるが近年の重イオン実験で報告されている寿命と束縛エネルギーのデータは統一的に理解することができていない。我々はK中間子ビームを用いた新しい手法で高精度のデータを提供することでストレンジネスを含むバリオン間力の理解に貢献する。
我々は2020年度にヘリウム4標的にK-ビームを照射し、新たに設置した前方の電磁カロリメータにより高エネルギーガンマ線を検出することでハイパー核の生成をを効率的にタグすることができることを実証した。2022年度はこのデータを利用してハイパー四重水素の寿命を導出し、論文を投稿した。また、2021年に取得した液体ヘリウム3を標的とした短期間のデータと合わせてハイパートライトン、ハイパー四重水素の生成断面積の解析を進めており、これによりハイパートライトンの束縛エネルギーの情報を得ることを目指している。
最終目標であるハイパートライトンの寿命測定には5倍以上の追加データの取得が必要である。2022年度はこの本実験に向けた実験装置の最適化および実験準備を進めた。特に、反応位置分解能を向上するための円筒型プラスチックシンチレーションファイバー検出器の製作、そして前方カロリメータの有効面積の拡大を行い、ビーム受け入れのための準備を完了した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 中国科学院近代物理研究所(中国)
• [Int'l Joint Research] イタリア国立核物理学研究所(イタリア)
• [Int'l Joint Research] 中国科学院近代物理研究所(中国)
• [Int'l Joint Research] イタリア国立核物理学研究所(イタリア)
• [Journal Article] Comparison of H3Λ/H4Λ production cross-section via (K-, π0) reaction at J-PARC (2022)
  • Author(s): Akaishi T, Hashimoto T, et al.
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 271 Pages: 01003-01003
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227101003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Status of J-PARC E73 experiment: first direct Hypertriton lifetime measurement with 3He(K-, π0) 3ΛH reaction (2022)
  • Author(s): Akaishi T, Ma Y, Hashimoto T, et al.
  • Journal Title: Suplemento de la Revista Mexicana de Fisica Volume: 3 Issue: 3 Pages: 0308120-0308120
  • DOI: 10.31349/suplrevmexfis.3.0308120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental status toward the direct lifetime measurement of Hypertriton using the (K-, pi0) reaction at J-PARC (2022)
  • Author(s): T.Akasihi et. al.
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: PANIC2021, 380 Pages: 214-214
  • DOI: 10.22323/1.380.0214
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Lifetime measurement of light hypernuclei at J-PARC (2023)
  • Author(s): T. Hashimoto
  • Organizer: 第８回クラスター階層領域研究会
• [Presentation] K中間子ビームを用いたハイパートライトン寿命測定実験の現状 (2023)
  • Author(s): 赤石貴也
  • Organizer: J-PARCハドロン研究会 2023
• [Presentation] K中間子ビームによる軽いハイパー核の生成断面積測定 (2023)
  • Author(s): 赤石貴也
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] ハイパートライトンの寿命直接測定のためのカロリメーターの建設 (2023)
  • Author(s): 鶴田雅人
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Current status of hypertriton lifetime measurement with J-PARC E73 experiment (2022)
  • Author(s): Y. Ma
  • Organizer: 14th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Experimental status toward the direct lifetime measurement of Hypertriton using the (K-, π0) reaction at J-PARC (2022)
  • Author(s): T. Akaishi
  • Organizer: 14th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Search for the K-NNN bound state in the Λdn final states of the in-flight K- reaction on 4He (2022)
  • Author(s): T. Hashimoto
  • Organizer: 14th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 4He標的へのK-ビーム照射によるK-ppn束縛状態探索 (2022)
  • Author(s): 橋本直
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] K中間子ビームを用いたハイパートライトンの直接寿命測定 (2022)
  • Author(s): 赤石貴也
  • Organizer: J-PARCハドロン研究会 2022
• [Presentation] Towards solving the hypertriton lifetime puzzle with direct lifetime measurement: Update from J-PARC E73 experiment (2021)
  • Author(s): Y. Ma
  • Organizer: 19th International Conference on Hadron Spectroscopy and Structure (HADRON2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental status toward the direct lifetime measurement of hypertriton using the (K-, π0) reaction at J-PARC (2021)
  • Author(s): T. Akaishi
  • Organizer: 22nd Particles and Nuclei International Conference (PANIC2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] K中間子ビームを用いたハイパートライトンの寿命測定の現状 (2021)
  • Author(s): 赤石貴也
  • Organizer: ストレンジネス核物理の将来を考える研究会
• [Presentation] K中間子ビームを用いた軽いハイパー核の寿命測定 (2021)
  • Author(s): 橋本直
  • Organizer: 第６回クラスター階層領域研究会
• [Presentation] K-ビームを用いたハイパートライトンの寿命直接測定の現状(2) (2021)
  • Author(s): 赤石貴也
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会