2023 Fiscal Year Final Research Report

Hierarchical structure of matter investigated with strange hadron clusters

Planned Research

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Project Area	Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
Project/Area Number	18H05403
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	Tamura Hirokazu 東北大学, 理学研究科, 教授 (10192642)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	永江知文京都大学, 理学研究科, 教授 (50198298) 高橋俊行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, 教授 (50281960) 三輪浩司東北大学, 理学研究科, 教授 (50443982)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2023-03-31
Keywords	ストレンジネス / クラスター / ハイパー核 / K中間子原子核 / Hダイバリオン / ハイペロン核子散乱 / グザイ原子X線 / グザイハイパー核
Outline of Final Research Achievements	Experimental studies on few-body nuclei with strangeness were performed at J-PARC. In the Σp scattering experiment, we obtained differential cross sections of Σ-p／Σ+p elastic scattering and Σ-p→Λn inelastic scattering with high accuracy. We also obtained, for the first time for hyperons, Σ+p phase shifts and showed the existence of strong repulsive force. We also measured a spectrum of anti-K mesonic nuclei with a carbon target, which yielded a potential depth of -80 MeV and also suggested the existence of an extremely deep anti-K mesonic bound state. Analysis of a nuclear emulsion experiment revealed deeply-bound Ξ hypernuclear events, and a Ξ-atomic X-ray search was also performed with emulsion. In addition, we also performed a Ξ-Fe atomic X-ray spectroscopy experiment and an H-dibaryon search experiment, and prepared for Ξ hypernuclear spectroscopy and few-body Λ hypernuclear γ-ray spectroscopy experiments.
Free Research Field	実験核物理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	Σ陽子散乱実験で得られた強い斥力は、クォーク間のパウリ効果によって強い斥力芯が生ずるという理論予想と合致しており、謎であった核力の斥力芯の起源が、核子のクォーク自由度にあることを示す画期的な成果である。Ξハイパー核から得られるΞ・核子間の相互作用も含め、このようにハドロン間の力の性質が明らかになりそのメカニズムが解明されることで、クォークが閉じ込められた核子（ハドロン）が、核力のようなハドロン間力によって原子核を構成する仕組みを理解することにつながる。また、K中間子原子核の成果は、原子核を一般化したハドロン多体系階層の存在を示しており、物質が階層構造を作る仕組みの解明に寄与するものである。