Spectroscopy experiment of eta'-mesic nuclei with WASA detector at GSI-FRS

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14499
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• 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: Tanaka Yoshiki 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (00868440)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: η'中間子 / 中間子原子核 / ハドロン / QCD真空 / カイラル対称性 / 飛行時間検出器 / イオン光学系

Outline of Final Research Achievements

We performed spectroscopy of η'-meson nucleus bound states aiming at investigating η'-meson properties at finite nuclear density. In order to achieve significantly improved experimental sensitivity compared to previous studies, we proposed a novel experimental method with a semi-exclusive measurement of the 12C(p,dp) reaction. We developed a new experimental setup combining the high-resolution spectrometer FRS with the large-acceptance WASA detector system to realize the proposed experiment. In particular, the particle identification system of the FRS has been developed within this project. In 2022, we successfully conducted the spectroscopic experiment of the η'-meson nucleus bound states using a 2.5 GeV proton beam at the GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Germany.

Free Research Field

ハドロン物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中間子と原子核の束縛状態の研究は、量子色力学の真空の構造とハドロンの質量の起源を探る上で重要な意味を持つ。しかし、η'中間子のような質量の比較的大きい中間子の束縛状態については、大量のバックグラウンド過程の混入により、高分解能かつ高感度での分光実験を行うことがこれまで困難であった。本研究で開発したWASA-FRS実験セットアップでは、高分解能スペクトロメータFRSと大立体角検出器WASAを組み合わせることで、高分解能測定とシグナル・バックグラウンド過程の選別を同時に行うことを可能とした。これにより、ηやη'中間子を含む様々な中間子と原子核の束縛状態を系統的に研究する道を拓くことができる。