Elucidation of hierarchical structure between quark and hadron phase by means of quark cluster

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• Project/Area Number: 18H05402
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: Ohnishi Hiroaki 東北大学, 電子光理学研究センター, 教授 (60360517)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野海 博之 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (10222192) ; 與曽井 優 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (80183995) ; 新山 雅之 京都産業大学, 理学部, 准教授 (90455361) ; 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) ; 兵藤 哲雄 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (60539823) ; 成木 恵 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00415259)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: エキゾチックハドロン / Λ(1405) / K中間子原子核 / ペンタクォークバリオン

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we have been advancing studies with the keyword "hadron" to explore the development of the hierarchical structure consisting of quark layer, hadron layer, and nuclear layer, the interrelation between these layers, and the mysteries of hierarchical formation. Among the major achievements, we can highlight the following:
(1)From the measurement of the mass distribution of an exotic baryon Λ(1405) possessing a single strange quark, we obtained strong indications that Λ(1405) may exist as a molecular state of an anti-K meson and a nucleon.(2)We have revealed the existence of K-pp bound states, which are clusters of K mesons in the simplest nuclear structure, K mesic nuclei.
Furthermore, we have constructed large spectrometers at SPring-8/LEPS2 and J-PARC, establishing a new base for exotic baryon spectroscopy.

Free Research Field

ハドロン物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

世の中で確認されているハドロンの総数は数百個。その中で単純なクォークの束縛状態ではないエキゾチックハドロンは高々数十個程度しか確認されていない。その中で、我々の最も古くからエキゾチックハドロンの候補と言われてきたΛ(1405)の正体がK中間子と陽子の分子状態の可能性を強く示唆したデータがハドロン物理、エキゾチックハドロンの物理に対する新しい知見を与えたとえる。同時に我々の発見したK中間子と２核子系K-pp の存在は、本来核力を媒介する”中間状態”である中間子が原子核の構成要素になることを示す結果であり、原子核の新しい描像へつながる成果であると言える。