Search for the K-pn bound state, the isospin partner of the K-pp

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04006
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Sakuma Fuminori 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (10455347)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 反K中間子原子核 / 量子色力学(QCD) / KbarNN / KbarNNN / 大型ソレノイド検出器 / 中性子検出器 / MPPC / プラスチック・シンチレーター

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to elucidate the structure of anti-kaon and nuclear bound states through exploring the K-pn bound state, which is the isospin partner of the K-pp bound state that we observed in the J-PARC E15 experiment. In order to detect Λn decay of the K-pn bound state, we developed a highly versatile neutron detector using a plastic scintillator and an MPPC array. We fabricated a prototype using a 50x50x750mm scintillator and a 25mm square 4x4 MPPC array, and confirmed that it can achieve high time resolution of about 50ps. This study established the technology for a neutron detector to be used in the next-generation experiment.

Free Research Field

ハドロン物理学実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

反K中間子が原子核に束縛した反K中間子原子核は、中性子星内部などで実現されているような、高密度でコンパクトな状態である可能性が示唆されている。その反K中間子原子核の内部構造等に関する知見を得るためには、本研究のようなアイソスピンの異なる状態を含めた包括的かつ系統的な調査が重要であり、その崩壊で出てくる中性子の検出が肝となる。本研究では、この目的のために、MPPCアレイと小型プリアンプが一体型となった小型読み出し回路を用いた中性子検出器を開発した。これにより、検出器の形状に自由度が高く使用環境を選ばない、様々な実験において汎用性の高い安価で高時間分解能な中性子検出器を可能とした。