2021 Fiscal Year Research-status Report
Spectroscopy experiment of eta'-mesic nuclei with WASA detector at GSI-FRS
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20K14499
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
田中 良樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (00868440)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 中間子原子核 / η′中間子 / 飛行時間測定 / イオン光学系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ドイツのGSI重イオン研究所において、η′中間子と原子核の束縛状態(中間子原子核)を探索・分光する実験を実施して、存在可能性が理論的に示唆されているη′中間子原子核を実験的に初観測することを目指している。 この実験では、標的周囲の大立体角を覆うWASA検出器と、前方0度
FRSスペクトロメータを組み合わせた同時測定を行う必要がある。令和３年度(２年目)には、本研究課題としてこれまでに開発を行ってきた、FRSスペクトロメータでの新しい粒子識別検出器群を、実際にFRS下流焦点面に設置し、検出器および読み出し回路系を完成させた。また、WASA検出器を構成する、円筒形ドリフトチェンバー、飛行時間測定プラスチックシンチレータバレル、超伝導ソレノイド電磁石、電磁カロリメータのインストールも行い、これらの全体調整も主導した。
これらの準備・開発状況を踏まえて、令和３年度末より、GSI研究所-SIS18加速器からの陽子ビームを実際に使用したシステム全体の統合テスト実験を行い、WASA検出器群、FRSスペクトロメータ側において検出器の必要な性能が達成できていることを確認した。そしてその後、η′中間子原子核探索分光実験の本測定を開始して、「陽子＋炭素→重陽子＋(η′中間子原子核)」反応、および、「η′中間子原子核が生成された場合にそれが崩壊することで生じる陽子」のデータの取得を行った。
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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
令和３年度(２年目)には、本研究課題としてこれまで開発を行ってきたFRSスペクトロメータ粒子識別検出器群を、実際にFRS下流焦点面に設置し、当初の予定通りに、検出器および読み出し回路系を完成させた。そして、それらが本測定に必要な性能を達成できていることを確認した。
また、WASA検出器側を構成している、円筒形ドリフトチェンバー、飛行時間測定プラスチックシンチレータバレル、超伝導ソレノイド電磁石、電磁カロリメータのインストールおよび全体調整も行い、加速器からのビームを用いるη′中間子原子核探索分光実験の開始に至ることができた。
以上のように、当年度に予定していた検出器の準備・開発および、実際に加速器からのビームを使用した本測定を開始することができたため、おおむね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度(3年目)には、取得したデータの解析を行い、η′中間子と原子核の束縛状態についての知見を得ることが主なゴールである。そのために、以下の３つのステップを計画している。（１）まず初めに、検出器および回路系の事後較正のための追加測定をGSI研究所において行う。これは、多種多様なWASA検出器の情報を精密に解析するために必要となる。（２） ビームを用いた本測定のデータにおいて、まずはWASAおよびFRSスペクトロメータを構成するすべての検出器のデータを解析して、各検出器における粒子の時間、エネルギー、運動量、位置などの物理量を求める。（３）2つ目のステップで解析した結果である各検出器からの情報を組み合わせた解析を行い、崩壊陽子を選択した場合の、η′中間子原子核エネルギースペクトルを求める。η′中間子と原子核の束縛状態が発見された場合には、その束縛エネルギーを評価することにより、η′中間子の原子核中での性質を初めて導出することができると期待される。また、逆に束縛状態がスペクトル中に観測されない場合には、その生成断面積に対 する制限をかけることで、η′中間子の原子核内での性質に対する厳しい制限を課すという評価を行うことを目指す。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスの影響により、ドイツから日本間を頻繁に往復することが困難であったために、予定していた旅費の支出と日本からの装置類の購入を行わなかった。一方で、３年目には、検出器・回路の事後較正のための追加測定を現地で行うために、GSI研究所への滞在および測定回路の購入が必要となるため、繰越分をこれに使用することを計画する。
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