2019 Fiscal Year Annual Research Report
Photoproduction of exotic six-quark dibaryon states
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19H01902
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石川 貴嗣 東北大学, 電子光理学研究センター, 助教 (40400220)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ダイバリオン / ハドロン分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
6 つのクォークからなるエキゾティックな粒子「ダイバリオン」は、 半世紀も前に予言されたにも関わらず、これまでその存在が確認されてこなかった。しかし 2009 年のスウェーデン CELSIUS/WASA 共同実験者が陽子・中性子衝突反応でダイバリオン d*(2380) を発見したのに引き続き、我々は重陽子標的に対して終状態が 2 つの中性πメソンと重陽子になる光生成反応で、ダイバリオンを新たに 3 つ発見することに成功した。本研究の目的は、これらの新たに発見したダイバリオンの性質を詳細に調べ、存在するダイバリオンの系統性から、強い力で相互作用するクォーク・グルーオンの複合粒子「ハドロン」がどのように構成されるかを解明することにある。
ダイバリオンの生成断面積は小さいためバックグラウンドに対して有意に観測することは非常に難しいが、重陽子標的に対して 2 つの中性メソンと重陽子を終状態とする光生成反応はバックグラウンドを抑制するのに最適である。そこでγd→π0π0d反応およびγd→π0ηd反応でダイバリオンの光生成を確認する。本年度には、データ収集を継続的に行うことで統計を上げるとともに、γd→π0ηd反応イベントの解析を行い、ここでもπ0d系でアイソベクターなダイバリオンのピークを観測することに成功した。
またこれまでの結果を日本物理学会誌 BUTSURI 第75巻第1号の「最近の研究から」に分かりやすく説明すると共に、KEK/Tokai Internal workshop on “Physics of heavy-quark and exotic hadrons”における招待講演でこれまでにわかったことをまとめた。
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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
ダイバリオン生成のため重陽子標的での終状態が 2 つの中性メソンと重陽子になる光生成反応を重点的に調べる。γd→π0π0d、γd→π0ηd 反応の断面積を測定し、中間状態に現れるダイバリオンの性質を明らかにすることを目指す。これまでの実験データで、既に 3 つのダイバリオンの存在を示すことができたが、ダイバリオンの性質を詳細に研究する上で十分な統計量がない、γd→π0ηd 反応データは閾値近傍のみで終状態の 2 粒子間の相関が十分に調べられない、重陽子の検出と識別の効率が低く断面積の系統誤差が大きい、という問題があった。
まずこれまでの実験データでγd→π0ηd反応イベントの解析を進め、π0d系でアイソベクターなダイバリオンのピークを観測することに成功し、これに関する学術論文を執筆中である。また光子ビームを生成する一次電子ビームのエネルギーを 1.2 GeV から 1.3 GeV に上げてデータ収集を開始した。これにより統計量不足と、0.1 GeV 高い入射エネルギー領域のデータを得る。新たに取得したデータの解析は進行中である。さらに重陽子の検出と識別の効率を上げるため、前方のプラスチックシンチレータからなるホドスコープを拡張するが、新たに配置するプラスチックシンチレータの読み出しには場所的な制約から光電子増倍管 PMT ではなく半導体デバイスである MPPC を使う必要がある。まずこの MPPC とその読み出し回路のテストを机上レベルで行った。
さらに同じデータを解析することでγp→ωp反応の閾値近傍での全断面積を導出し、低エネルギーωp散乱パラメータ (散乱長と有効距離) を決定し、これを学術論文にまとめあげた (Physical Review C Rapid Communication (arXiv:2003.02497), in press)。
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| Strategy for Future Research Activity |
ダイバリオン生成のため重陽子標的での終状態が 2 つの中性メソンと重陽子になる光生成反応を重点的に調べる。今年度も一次電子ビームのエネルギーを 1.2 GeV から 1.3 GeV に上げた光子ビームを使って既存のセットアップでγd→π0π0d、γd→π0ηd 反応のデータ収集を継続する。新たに収集したデータ解析を精力的に行うことでデータの統計不足を補う。
さらに重陽子の検出と識別の効率が低いという問題を解決するため、前方のプラスチックシンチレータからなるホドスコープを拡張する。対象とする反応では、終状態の重陽子のエネルギーが非常に低く、電磁カロリメータの前面のプラスチックシンチレータからなるホドスコープを突き抜けられず、ΔE-E相関で粒子識別できないイベントがほとんどであった。このホドスコープ拡張部の光デバイスと読み出し回路に対する机上レベルのテストは終了したので、ビームを使った検出器の位置依存性などの性能評価テストを行う。さらに検出器本体と読み出し回路の量産、およびデータ収集系の準備を行う。
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