K^^-中間子深束縛核探査実験

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14102005
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 岩崎 雅彦 理化学研究所, ミュオン科学研究室, 主任研究員 (60183745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石元 茂 高エネルギー加速器研究機構, 素核研, 助手 (50141974) ; 中村 隆司 東京工業大学, 理工学研究科, 助教授 (50272456) ; 板橋 健太 理化学研究所, ミュオン科学研究室, 研究員 (30322093) ; 山崎 敏光 理化学研究所, RIビーム科学研究室, 研究協力員 (80011500)
• Keywords: K中間子 / 束縛状態 / 分光 / 中性子星 / 飛行時間計測 / カイラル対象性 / E471 / 超高密度

Research Abstract

K中間子が原子核によって異常なほど深く束縛されるという理論的な予言を検証するための実験を行った。この深い束縛状態の存在は、これまでのK中間子と原子核の相互作用の研究に基づいて総合的に計算することで予言されたものである。興味深いのは、予想される束縛エネルギーがK中間子自身の静止質量に対して1/5にも及ぶ非常に深いものである事である。このように大きな束縛エネルギーは、K中間子と原子核の相互作用(の一部)が極めて強い引力的であることに基づくものであるが、そのことで同時にK中間子が核中に入ったことで原子核の密度が通常の数倍にまで高まるという計算がなされている。このように超高密度下における中間子の性質に関する情報は、まずハドロンが質量を獲得する過程して考えられているカイラル対称性が破れる過程を研究するうえで極めて貴重である。また、この超高密度は中性子星にも通ずるものがあり、宇宙物理学的な見地からも重要な知見を与える。
我々は、このK中間子の深い束縛状態を原子核反応(K^-,n)を用いて生成し、同時に分光するための実験を行った。この反応では、まずK中間子を標的である超流動^4Heに静止させクーロン相互作用で束縛された原子状態を中間状態として生成する。この原子状態は短い時間である確率に従ってK中間子の深い束縛状態に移行する。その際、エネルギーの保存に従って、^4He核中の中性子一個を放出する。その中性子のエネルギーはK中間子の束縛エネルギーそのものと言ってよく、これを中性子カウンターで飛行時間計測法によって計測することで、束縛状態の同定、分光を行った。また、同時に少ない生成確率を補うため、生成後に崩壊する事象を想定して、イベントを選別するシステムを構築した。実験は、4月から5月のテスト実験と、10月から11月までの本実験の2回行った。検出器全体は非常に安定した動作を維持しており合計500GBを超える膨大なデータを収集することができた。現在、検出器の校正データを取得しながら、実験データを解析中である。

Research Products

• [Publications] H.Geissel, et al.(主著者は板橋): "DEEPLY BOUND IS AND 2P PIONIC STATES IN PB-205 AND DETERMINATION OF THE S-WAVE PART OF THE PION NUCLEUS INTERACTION"Physical Review Letters. 88. 122301-122301 (2002)
• [Publications] g-2 Collaboration: "REGENT RESULTS FROM THE BNL G-2 EXPERIMENT"Nuclear Physics Proceedings Supplement. 111. 200-205 (2002)
• [Publications] G.Beer, et al.: "A NEW METHOD TO OBTAIN A PRECISE VALUE OF THE MASS OF THE CHARGED KAON"Physics Letters. B535. 52-58 (2002)