2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of hierarchical structure between quark and hadron phase by means of quark cluster
| Project Area | Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems |
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| Project/Area Number |
18H05402
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大西 宏明 東北大学, 電子光理学研究センター, 教授 (60360517)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成木 恵 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00415259) [Withdrawn]
野海 博之 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (10222192)
青木 和也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (70525328)
與曽井 優 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (80183995)
新山 雅之 京都産業大学, 理学部, 准教授 (90455361)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | エキゾチックハドロン / Λ(1405) / Kaonic nucleus / チャームバリオン / 大強度ハドロンビーム / 高輝度光子ビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハドロンを構成するクォークは、通常ハドロン内部に閉じ込められ単独では取り出せない。この点においてハドロン層は他の階層とは異なるユニークな量子系と言える。このような環境では、ハドロンの励起状態エネルギースペクトルや、その崩壊に現れる、内部クラスターの振る舞いが示す特有の信号を高精度でとらえることが、内部のクラスター構造を研究するための非常に有効な手法となる。特に、励起ハドロンのエネルギースペクトルからハドロン内に存在する新奇なクラスター、ダイクォークやハドロン分子の存在、およびその役割に注目が集まっている。
我々は推進しているダイクォークやハドロン分子状態の解明を目標とした実験であるJ-PARCにおける大強度ハドロンビームを用いたバリオン分光実験（J-PARC E50実験)、及び SPring-8における高輝度光子ビームを使ったハドロン分光実験(LEPS2 実験)を推進し、ハドロン内部にダイクォーク相関が本当に存在するのか？またどのようなハドロン分子状態が存在するのか？を明らかにすることから、ハドロンを記述する有効な自由度についての知見を得ることを最終目標としている。
当該年度期間中は、J-PARCおよびSPring-8において実施する実験ともに検出器の製作、インストール作業が主な成果と言える。J-PARC 実験においては、特に大強度ビーム検出を目的としたビームライン検出器の整備がほぼ終了した。また、高磁場中でも100ps以下の時間分解能を有する飛行時間差測定器の開発が順調に進んでいる。SPring-8実験においては、検出器の中の最後の大型検出器エアロゲルチェレンコフ光検出器が検出器内にインストールされ、２０２１年度肇に検出器コミッショニング、年度後期には初めての物理データ収集のめどがたった。
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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
JーPARCで行うハドロンビームを用いたバリオン分光実験では、検出器建設が順調に進んでいる。特に大強度パイ中間子ビームを測定するためのビームラインスペクトロメーターの整備がほぼ完成した。また、検出器信号処理、データー収集システムのための回路系の設計が順調に進み、２０２１年度初頭に一部の回路系については本格調達の目処がたった。当該研究年度、完成した検出器の一部を、J-PARC E50実験のパイロットランとも言える、米国フェルミ研究所のENPHATIC実験に投入し、性能評価を行う予定であったが、このコロナ禍で実施が困難となった。この点は残念である。
一方、SPring-8における光子ビームを使ったハドロン分光実験においては、検出器群の整備が進んだ。特に中心検出器TPCの読み出し回路整備、および、エアロゲルチェレンコフ光検出器の建設、インストールなど当初予定していたものが順調に整備できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
J-PARCE50 実験準備ぬついては、2021年度は主にデータ収集系、データー処理系の整備が主な研究開発の項目となる。特に、このシステムは大量データ処理性、高速性等の担保など、開発要素が非常に多い。研究分担者、連携研究者と協力しながら整備を進めていく。また、コロナ禍が収まり海外渡航が解禁されれば、整備した検出器を米国フェルミ研究所ENPHATIC実験に持ち込み、性能評価実験を実施するだけではなく、J-PRAC E50実験の基礎データとなる高エネルギーパイ中間子と核子相互作用に関するデータ収集を目指す。
SPring-8 LEPS2 実験では、2021年度４月から実際のビームを使った検出器コミッショニング実験を開始、システム内健全性を確認したのち、まずは基礎データとなる水素標的を使った物理実験データ収集を実施する。収集したデータを速やかに解析することで、検出器の健全性を確認する。年度後期には、重水素標的を使った物理データ収集を行う。これらと並行して、光子ビームの性能の向上、および、光子エネルギー強化を目的とした、deep UVレーザーシステムの整備を行う。この整備により、利用最高エネルギーを3 GeV （現行2.4 GeV）まで上げることができる。また、物理データ収集後すぐに解析が開始できるよう、ソフトウエアーの開発も順次進めていく。
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