2019 Fiscal Year Research-status Report
重いクォークが紐解く相関でさぐるハドロン分光の包括的な理論研究
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17K05441
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
保坂 淳 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (10259872)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 重いクォーク / 生成・崩壊反応 / パイオン交換力 / テンソル力 / Roper共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、近年発見が相次ぐ、高エネルギー反応実験における新規なハドロン現象を解明すべく、生成と崩壊反応の理論研究を進めることである。ハドロンを構成する構成クォーク、ダイクォーク、サブハドロンなどのクラスター相関の生成機構と、それがどのような構造、崩壊、生成の性質に反映されるかという問題に取り組んだ。
（1）チャームバリオンの生成反応：J-PARCで実験計画が進むチャームバリオンの生成実験をサポートし、理論としてハドロン反応機構の研究を行なった。本研究では新たにダイクォークの励起を可能にする2クォーク反応機構を定式化した。既に完成しているダイクォークの運動に敏感な反応機構と併用することで、観測される生成スペクトルとバリオン構造の関係を定量的に関係付けた。
（2）共鳴状態の3粒子崩壊過程を解析するDalitz plotの手法を精査し、崩壊事象からハドロンの内部構造やスピンなどの基本的な性質を抽出する手法を確立した。この手法をチャームバリオンの共鳴状態であるΛ(2595), Λ(2625)状態に適用し、それらがλモードと呼ばれる軌道運動の励起状態であることを強く示唆した。さらにΛ(2765)状態に適用し、その未知のスピン・パリティーが1/2+であることを崩壊パターンから強く示唆した。
（3）Pcバリオンをハドロン分子と5クォークの混合状態として記述し、観測された3つの状態がいずれもハドロン分子成分を多く持つことを示した。さらにその形成には、パイオン交換によるテンソル力と5クォーク成分との結合とがもたらす引力が重要であることを明らかにした。またPcの寿命を説明するにあたり、テンソル力によるチャンネル結合が重要であることを示した。関連してX(3872)でも同様の解析を行い、一般にパイオン交換力がハドロン分子を形成する原動力になり得ることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では新奇なハドロン現象を説明するために、（1）生成と崩壊反応の理論研究を進めながら、（2）新奇現象を司るハドロン構造と物理機構を解明することである。本研究が当初の想定を上回ったと自己評価する理由は以下の2点である。
理由（1）：生成反応の研究では当初の見込み通り、2個のクォークが反応に関わる2段階反応機構の公式を導出することに成功した。一方で崩壊反応の研究では、実験データと直接できるDalitz plotの方法を完成した。その結果、未知のバリオン粒子のスピンとパリティーを決定する極めて有効な方法を提案することに成功した。さらにその発展として、Roper共鳴として古くから知られる核子の共鳴状態と類似の状態が、フレーバーに依存せず普遍的に存在する可能性を指摘し、最近LHCで発見されたボトムクォークを含む重いバリオン共鳴に適用し、データをよく説明できることを示した。この研究推進にあたっては、実験研究者を直接共同研究者に招くことで、理論研究者だけでは成し得ない成果を達成することができた。これらRoper共鳴類似の状態の研究を進めることで、ダイクォーク相関のダイナミクスに迫れる可能性もひらけてきた。今後の研究の重要な発展につながる新たなきっかけを見出した成果は大きい。
理由（2）：ペンタクォークの有力な候補とされるPcバリオンの理論解析を行い、π中間子交換によるテンソル力が新奇なハドロン分子状態の性質を説明することを示した。同様の事情がX(3872)に対しても成り立つことを示し、ハドロン分子形成機構を一般的な見地から議論した。後者の成果はJournal of Physics GのReview articleとして出版することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も生成崩壊反応と構造の研究を並行して進める。前者では実験データとの比較をこれまで以上に取り込み、現象の定量的な説明と予言を可能にする理論の構築を進める。そのため、実験研究者との連携を引き続き強化していく。後者では格子QCDの第一原理計算との連携を進め、QCDの基礎に基づいた理論研究を進める。
（1）生成反応：H19年度までに完成した2クォーク、2段階反応機構の公式は、前方散乱の反応に限定していた。今後は有限角度での定式化を進め、一般の散乱公式を導出し、来たる実験研究との比較に向けて準備する。
（1’）崩壊反応：本研究期間の終了直前に見いだすことのできた、Roper共鳴と類似の共鳴状態の起源を追求する。これら類似の共鳴状態に共通して見られるフレーバーに依存しない性質は、ダイクォークが普遍的に励起されていることを示唆している。これはバリオンのρモードに対応すると考えられ、ダイクォークのダイナミックス解明につながることが期待できる。カイラル対称性に基づく励起、カラー転移を可能にする励起などの可能性を追求し、ハドロン物理における長年の問題解決に結びつける。
（2）構造研究ではハドロン分子の候補としてのPcとX粒子の理論研究を進め、実験で観測されるピーク構造の起源を明らかにする。信頼できる相互作用を構築し、散乱振幅の解析性を活用し状態の起源を解明する。束縛状態、共鳴状態、仮想状態の分類を明確にし、それらが実験でどのように観測されるかを明確にする。それにより、新たな実験提案にも結びつける。
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| Causes of Carryover |
コロナ事情で、予定していた海外における研究集会がキャンセルになったため。
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Research Products
(21 results)
