2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of deep inside of nuclei and neutron stars with high energy photons
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
18H05459
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 哲 東北大学, 理学研究科, 教授 (50280722)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 優 東北医科薬科大学, 教養教育センター, 准教授 (30302079)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ハイパー核 / ストレンジネス / 光子ビーム / 電子ビーム / 電磁生成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高品質な電子ビームを用いて生成する仮想光子を使い、ラムダ粒子という最も軽いストレンジクォークを含むバリオンを原子核内部に不純物として生成することにより、この世で最も高密度な中性子星深部のミニチュアであるラムダハイパー原子核を地上で作り出し、精密分光することができる。現在、原子核物理学においてホットなトピックとなっている互いに関連する4つのパズル：ΛNN 3 体力の効果、ΛN 荷電対称性の破れ、原子番号ゼロのハイパー核(nnΛ)が存在するかどうか、最も単純なハイパー核にも関わらず束縛エネルギーと寿命が同時に理解できない三重水素Λハイパー核パズルに解答を与えることを目指す。そして、これらの知見を総合して重い中性子星の謎(ハイペロンパズル)を解決する。これによりバリオンから中性子星というサイズスケールが大きく異なる量子多体系を統
一的に理解するという原子核物理の大目的に迫ることができる。
2018年にnnΛ(原子番号０のラムダハイパー核)探索実験(JLab E12-17-003)のデータ収集を実施し、成功裏に終了した。その後、日米でそれぞれ解析グループを組織し、解析を進めた。また、カルシウム同位体標的を用いて世界初の中重ハイパー核のアイソスピン依存性を精密測定しΛNN三体斥力を調べる実験が既に最高評価で実験採択(E12-15-008)されている。これに加えより軽い標的、より重い標的に関する実験をE12-15-008実験と同時に遂行するための実験デザイン、および準備を進めた。さらに、この実験に必要なスペクトロメータ系の一部となる偏向電磁石の設計を米国ジェファーソン研究所の研究者、エンジニアと共同で進めてきたが、その結果をもとに最終的な三次元磁場計算、モンテカルロシミュレーションを実施し、偏向電磁石の製作を行った。
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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
2018年度、nnΛ(原子番号０のラムダハイパー核)探索実験(JLab E12-17-003)のデータ収集を実施し成功裏に終了した。本年度も昨年に引き続き、日米それぞれの解析グループが独立して解析を進めた。また、カルシウム同位体標的を用いて世界初の中重ハイパー核のアイソスピン依存性を精密測定しΛNN三体斥力を調べる実験が既に最高評価で実験採択(E12-15-008)されているが、より重い標的に関する実験をE12-15-008実験と同時に遂行するために鉛標的を用いたハイパー核電磁生成実験を2020年のJLab PAC48に提案する。このために必要なシミュレーション、実験条件の最適化などの準備を進めた。また、必要となる鉛標的の熱計算を進め、融点の低い鉛標的を安全に使用できるようなターゲットホルダの設計を開始した。
2018年度に製作予定であった負電荷粒子分離用電磁石は米国側の都合により設計変更することになり製作が遅れていたが、2019年度に製作予定であった正電荷粒子偏向電磁石と同時に製作し、実験計画全体には影響なく完成することができた。
さらに、マインツ大学MAMIにおいて、三重水素Λハイパー核パズルの解決に向けて、我々が創始した次世代π崩壊中間子分光実験のデザインを進めた。また、RF光電子増倍管を開発して、崩壊π中間子分光実験の精度を一層高めることができるかの検討を国際共同研究として開始した。
東北大電子光研究センター(ELPH)では、標識化光子ビームを用いて荷電K中間子とΛ粒子を生成し、終相互作用を通じてΛn間力を調べる研究を推進した。さらに、軽いΛハイパー核の寿命測定実験に向けた検出器デザインを進めた。
よって研究はほぼ予想通り、順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
完成した偏向電磁石対と同時に使用する真空箱のデザインを進め、2020年度に製作、完成を目指す。その後は、偏向電磁石、真空箱を米国に輸出し、現地における動作確認、調整を行う。また、新規に認められた鉛標的を用いた重いハイパー核分光実験を遂行するために、鉛標的の熱計算を進め、融点の低い鉛標的を安全に使用できるようなターゲットホルダの設計、製作を進める。それと同時に、低温ガス標的を用いた軽いハイパー核精密分光実験の検討も進める。
マインツ大学ではアンジュレータを用いた電子ビームエネルギー精密測定実験を進める。電子ビームのエネルギーが精密に測定できるとこの電子ビームを用いて磁気スペクトロメータを精度良く較正することができる。三重水素Λハイパー核パズルの解決のために三重水素Λハイパー核の束縛エネルギー精密測定実験の準備を進める。
東北大電子光研究センター(ELPH)では、軽いハイパー核寿命測定実験に必要な荷電粒子測定装置の開発を行う。
懸案事項としては、2020年はじめから問題になりつつあるCOVID-19の影響がどの程度、深刻になるものか予想がつかないことである。海外出張が長期に渡って不可能になると米国、ドイツで展開する国際共同研究への影響が懸念される。もし、影響が長期化する場合は、国内で遂行できる研究テーマを優先して準備する。
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[Journal Article] Decay pion spectroscopy: A new approach2019
Author(s)
Margaryan A.、Ajvazyan R.、Grigoryan N.、Kakoyan V.、Khachatryan V.、Vardanyan H.、Zhamkochyan S.、Achenbach P.、Pochodzalla J.、Nakamura S.N.、Nagao S.、Toyama Y.、Annand J.R.M.、Livingston K.、Montgomery R.
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
Volume: 935
Pages: 40～50
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] ELPHにおける軽いΛハイパー核寿命測定実験の準備状況2020
Author(s)
外山裕一, 秋山タケル, 板橋浩介, 上原圭太, 奥山和樹, 金田雅司, 中村哲, 中村雄紀, 藤原友正, 前田和茂, 他NKS2 Collaboration
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会(2020年)（オンライン）
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[Presentation] JLabにおける電子線を用いた3ΛHの束縛エネルギーの高精度測定2020
Author(s)
鈴木一輝, 秋山タケル, 板橋浩介, 上原圭太, 梅崎英一, 奥山和樹, 片山一樹, 金田雅司, 後神利志, 外山裕一, 豊田峻史, 永尾翔,中村哲, 中村雄紀, 藤井優, 藤原友正, 他JLab Hypernuclear Collaboration
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会(2020年)（オンライン）
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[Presentation] JLabにおける次世代ハイパー核分光実験の準備状況2020
Author(s)
永尾翔, 秋山タケル, 板橋浩介, 上原圭太, 梅崎英一, 奥山和樹, 片山一樹, 金田雅司, 後神利志, 鈴木一輝, 外山裕一, 豊田峻史, 中村哲, 中村雄紀, 藤井優, 藤原友正, 他JLab Hypernuclear Collaboration
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会(2020年)（オンライン）
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[Presentation] JLabにおける3H(e,e'K+)nnΛ実験の解析現状2020
Author(s)
板橋浩介, 秋山タケル, 上原圭太, 梅崎英一, 奥山和樹, 片山一樹, 金田雅司, 後神利志, 鈴木一輝, 外山裕一, 豊田峻史, 永尾翔, 中村哲, 中村雄紀, 藤井優, 藤原友正, 他JLab Hypernuclear Collaboration
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会(2020年)（オンライン）
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[Presentation] ハイパー核寿命測定実験用スタートカウンターの開発と製作2020
Author(s)
上原圭太, 秋山タケル, 板橋浩介,梅崎英一, 奥山和樹, 片山一樹, 金田雅司, 後神利志, 鈴木一輝, 外山裕一, 豊田峻史, 永尾翔, 中村哲, 中村雄紀, 藤井優, 藤原友正, 他JLab Hypernuclear Collaboration
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会(2020年)（オンライン）
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[Presentation] JLabにおける大強度電子線を用いたハイパー核分光におけるトリガーシステム2020
Author(s)
片山一樹, 秋山タケル, 板橋浩介,上原圭太, 梅崎英一, 奥山和樹, 金田雅司, 後神利志, 鈴木一輝, 外山裕一, 豊田峻史, 永尾翔, 中村哲, 中村雄紀, 藤井優, 藤原友正, 他JLab Hypernuclear Collaboration
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会(2020年)（オンライン）
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[Presentation] Development of an aerogel Cherenkov counter with MPPC readout for rejecting e+e- backgrounds2019
Author(s)
K. Okuyama, T. Akiyama, Y. Fujii, T. Gogami, K. Itabashi, M. Kaneta, K. Maeda, S. Nagao, S.N. Nakamura, K.N. Suzuki, Y. Toyama, K.Uehara,
Organizer
International School for Strangeness Nuclear Physics (SNP School 2019),
Int'l Joint Research
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[Presentation] Optics design and study of the next Lambda hypernuclear spectroscopy at JLab2019
Author(s)
K. N. Suzuki, T. Akiyama, K. Itabashi, K. Uehara, K. Okuyama, M. Kaneta, T. Gogami, Y. Toyama, S. Nagao, S.N. Nakamura, Y. Fujii
Organizer
International School for Strangeness Nuclear Physics (SNP School 2019),
Int'l Joint Research
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[Presentation] JLabにおける中重核ラムダハイパー核の束縛エネルギー精密分光2019
Author(s)
鈴木一輝, 秋山タケル, 板橋浩介, 上原圭太, 奥山和樹, 金田雅司, 後神利志, 外山裕一, 永尾翔, 中村哲, 藤井優,
Organizer
日本物理学会 2019 年秋季大会 (山形大学小白川キャンパス)
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