New direction of research on baryon-baryon interactions by hyperon-proton scattering experiments

• Project/Area Number: 18H03693
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 三輪 浩司 東北大学, 理学研究科, 准教授 (50443982)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥42,250,000 (Direct Cost: ¥32,500,000、Indirect Cost: ¥9,750,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2020: ¥14,820,000 (Direct Cost: ¥11,400,000、Indirect Cost: ¥3,420,000); Fiscal Year 2019: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2018: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
• Keywords: ストレンジネス核物理 / 実験核物理 / ハイパー核、ストレンジネス

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではシグマ陽子散乱実験およびラムダ陽子散乱実験を行い微分散乱断面積を導出することによって、ΣNおよびΛN相互作用の解明することが大きな目的で ある。シグマ陽子散乱実験(J-PARC E40)を2019年2月からΣ-pのチャンネルのデータ収集を開始し、2019年4月からΣ+pのチャンネルのデータ収集も開始したが、 J-PARC加速器のトラブルによってΣ+pチャンネルの半分程度のデータ収集で一時中断することとなった。加速器再開後の2020年6月にΣ+pチャンネルの残りのデータ収集を終えた。これまでに、2019年に収集したΣ-pチャンネルのデータ解析を進め、Σ-p弾性散乱及びΣ-p→Λn非弾性散乱の断面積の導出に成功した。過去の実験の精度から比べると、本研究では精度を圧倒的に改善することに成功した。これらの結果は、投稿論文としてまとめ、公表している。また、本研究のために開発した反跳陽子検出器システムCATCHについてもテクニカルペーパーとしてまとめ、公表している。これらとともに、Σ+p弾性散乱の解析も進展し、微分断面積を最終化するところまで来ている。
次期実験として考えているΛp散乱実験に関しては、実験計画をプロポーザルとしてまとめ、J-PARCの課題採択委員会に提出した。シミュレーションによる研究を進めるとともに、検出器の開発を進めている。高レートビームに対して時間測定するために、MPPCアレイを用いた高セグメント化されたシンチレーターホドスコープの開発を行なっている。１セグメントを用いたテストで、十分な時間分解能を得ることができることを確認した。これとともにビームラインに設置するファイバー検出器の開発を行い、R&Dを行いながらXX'層の製作を行なった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

この研究計画の目的であるΣp散乱の高統計での検出に成功し、当初予想していた程度の精度で微分断面積を導出でき、Σ-pチャンネルに関しては、投稿論文として公表することが出来た。同様に、Σ+pのチャンネルについてもすでに結果は最終的なものとなっている。Σ+pに関しては、ハイペロン陽子散乱で初めて、位相差解析を行い、散乱の位相差を導出することに成功したことも大きな成果であると考えている。
このΣp散乱実験の成功によって、次期実験のΛp散乱実験についても注目されている。バリオン間相互作用の理論研究者とも共同し、相互作用解明の流れを新たに作ることが出来ている。

Strategy for Future Research Activity

まずは、Σ+pチャンネルの結果を投稿論文としてまとめるべく、努力する予定である。また、E40実験で、バイプロダクトとしてデータ収集したπ-p→K0Λ反応のΛのスピン偏極のデータについても、解析を進めている。このπ-p→K0Λ反応は、次期Λp散乱実験において、Λビームの生成反応として用いる予定であり、過去のデータから、Λが生成平面に対してスピン偏極することが知られている。E40で収集したデータで、Λの偏極量をΛから崩壊する陽子の上下非対称度から測定しており、確かに高いスピン偏極をしていることが確認された。次期Λp散乱実験では、このスピン偏極したΛビームを用いて、微分断面積に加えて、スピン観測量も測定する予定であり、E40のデータは、このための基礎データとなる。
検出器開発に関しては、本研究ではビームラインに設置する高セグメントのホドスコープ及びビームラインファイバートラッカーの製作を目指す。それぞれ基礎的なR&Dで良い成果を得ることが出来ているので、実機製作を今後は進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] Development and application of CATCH: A cylindrical active tracker and calorimeter system for hyperon?proton scattering experiments (2022)
  • Author(s): Akazawa Y.、Chiga N.、Fujioka N.、Hayakawa S.H.、Honda R.、Ikeda M.、Matsuda K.、Miwa K.、Nakada Y.、Nanamura T.、Ozawa S.、Shiozaki T.、Tamura H.、Umetsu H.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 1029 Pages: 166430-166430
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.166430
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Precise Measurement of Differential Cross Sections of the Σ－p→Λn reaction in momentum range 470-650 MeV/c (2022)
  • Author(s): K. Miwa et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 128 Pages: 072501-072501
  • DOI: 10.1103/physrevlett.128.072501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hyperon-Proton Scattering Experiment and Recent Progress of Strangeness Nuclear Physics at J-PARC (2022)
  • Author(s): Miwa K.、for the J-PARC E40 Collaboration
  • Journal Title: Few-Body Systems Volume: 63 Pages: 31-31
  • DOI: 10.1007/s00601-022-01734-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Establishment of a modern experimental technique of Σp scattering experiment at J-PARC (2021)
  • Author(s): Y. Akazawa et al
  • Journal Title: JPS Conf.Proc. Volume: 33 Pages: 011134-011134
  • DOI: 10.7566/jpscp.33.011134
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study of Λ Identification Method by the π-p to K0Λ Reaction for a Λp Scattering Experiment at J-PARC (2021)
  • Author(s): Sakao T., T.O. Yamamoto, et. al.
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 33 Pages: 011133-011133
  • DOI: 10.7566/jpscp.33.011133
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurement of the differential cross sections of the Σ-p elastic scattering in momentum range 470 to 850 MeV/c (2021)
  • Author(s): K. Miwa et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. C Volume: 104 Pages: 045204-045204
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.045204
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Analysis Status of Σ+p Scattering Events in the J-PARC E40 Experiment (2021)
  • Author(s): Nanamura T.、Miwa K.、Akazawa Y.、Honda R.、Nakada Y.、Sakao T.、for the J-PARC E40 collaboration
  • Journal Title: Few-Body Systems Volume: 62 Pages: 110-110
  • DOI: 10.1007/s00601-021-01698-x
  • NAID: 130008153315
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study of ΣN interaction from the Σp scattering experiment at J-PARC (2020)
  • Author(s): K. Miwa et al.
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 1643 Pages: 012174-012174
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1643/1/012174
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Σp scattering Experiment at J-PARC and the Analysis Status (2019)
  • Author(s): Y. Nakada, T. Takahashi, H. Tamura et al.
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 26 Pages: 023024-023024
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.023024
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Operation of Multi-MPPC System for Cylindrical Scintillation Fiber Tracker (2019)
  • Author(s): Y. Akazawa, T. Takahashi, H. Tamura et al.
  • Journal Title: JPS Conf.Proc. Volume: 27 Pages: 011008-011008
  • DOI: 10.7566/jpscp.27.011008
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Σp scattering experiment at J-PARC results of commissioning run (2019)
  • Author(s): Miwa K.、Ahn J. K.、Akazawa Y.、Aramaki T.、Ashikaga S.、et. al,
  • Journal Title: AIP Conf.Proc. Volume: 2130 Pages: 020006-020006
  • DOI: 10.1063/1.5118374
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Hyperon-proton scattering experiment and recent progress of strangeness nuclear physics at J-PARC (2021)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: Asia-Pacific conference on few-body problems in physics (APFB2020)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The Analysis Status of Σ+p Scattering Events in the J-PARC E40 Experiment (2021)
  • Author(s): 七村拓野
  • Organizer: Asia-Pacific conference on few-body problems in physics (APFB2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hierarchical structure of matter investigated from hyperon-nucleon interaction (2021)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会(2021年) シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] K1.1ビームラインホドスコープのMPPCアレイを用いた読み出しシステムの開発 (2021)
  • Author(s): 北岡智真
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会（2021年）
• [Presentation] J-PARC E40実験におけるΣ+p散乱事象の解析状況(3) (2021)
  • Author(s): 七村拓野
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会（2021年）
• [Presentation] J-PARCにおける次世代Λp散乱実験に向けた散乱事象同定法の研究(2) (2021)
  • Author(s): 坂尾珠和
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会（2021年）
• [Presentation] Λ p散乱実験に向けたπ- p → K0 Λ反応の同定手法の改善に向けた研究 (2021)
  • Author(s): 和田俊輔
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会（2021年）
• [Presentation] STUDY OF BARYON-BARYON INTERACTION FROM HYPERON- NUCLEON SCATTERING (2020)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: クラスター新学術領域研究会
  • Invited
• [Presentation] Measurement of Hyperon-nucleon scatterings at J-PARC (2020)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: Joint THEIA-STRONG2020 and JAEA/Mainz REIMEI Web-Seminar 2020/2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hyperon-proton scattering experiment as a basic and new tool to investigate hyperon-nucleon interaction (2020)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: The International School for Strangeness Nuclear Physics 2020 (SNP school 2020)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] J-PARC E40実験におけるΣ+p散乱事象の解析状況(2) (2020)
  • Author(s): 七村拓野
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] J-PARCにおける次世代Λ p散乱実験に向けた散乱事象同定法の研究 (2020)
  • Author(s): 坂尾珠和
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 偏極したΛを用いたΛ陽子散乱実験の計画 (2020)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] Current status of Σ hyperon and proton scattering experiment and prospects of spin observables (2020)
  • Author(s): K. Miwa
  • Organizer: REIMEI Workshop on Universal Features of Quantum Flows with Spin, Orbital and Tensor Correlations
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Study of ∑N interaction from the ∑p scattering experiment at J-PARC (2019)
  • Author(s): Koji Miwa
  • Organizer: 27th International Nuclear Physics Conference (INPC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] J-PARC E40実験におけるΣ-p→Λn散乱事象の解析状況 (2019)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] シグマ陽子散乱実験(J-PARC E40)におけるシグマビーム量の解析 (2019)
  • Author(s): 松田薫平
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] J-PARC E40実験におけるΣ-p散乱事象の解析状況 (2019)
  • Author(s): 赤澤雄也
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] J-PARC E40実験におけるΣ+p散乱事象の解析状況 (2019)
  • Author(s): 七村拓野
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Λ p散乱実験のためのπ-p → K0Λ反応によるΛ同定手法の研究 (2019)
  • Author(s): 坂尾珠和
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
• [Presentation] High statistics Σp scattering experiment at J-PARC (2019)
  • Author(s): K. Miwa
  • Organizer: 3rd International Symposium on Science at J-PARC (J-PARC 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Establishment of a Modern Experimental Technique of a ΣpScattering Experiment at J-PARC (2019)
  • Author(s): Y. Akazawa
  • Organizer: 3rd International Symposium on Science at J-PARC (J-PARC 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of Λ Identification Method by the π-p→K0Λ Reaction for a Λp Scattering Experiment at J-PARC (2019)
  • Author(s): T. Sakao
  • Organizer: 3rd International Symposium on Science at J-PARC (J-PARC 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Current status of Σp scattering experiment at J-PARC (2019)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: The 52nd Reimei workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Σp scattering experiment at J-PARC -- results of commissioning run -- (2018)
  • Author(s): 三輪浩司
  • Organizer: The 13th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2018), June 24-29, 2018, Portsmouth, USA
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Σp Scattering Experiment at J-PARC and the Analysis Status (2018)
  • Author(s): 中田祥之
  • Organizer: 8th International Conference on Quarks and Nuclear Physics (QNP2018), November 13-17, 2018, Tsukuba
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Operation of multi-MPPC system for cylindrical scintillation fiber tracker (2018)
  • Author(s): 赤澤雄也
  • Organizer: 5th International Workshop on New Photon Detectors (PD18), November 27-29, 2018, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis Status of Σ-p Scattering Experiment at J-PARC (2018)
  • Author(s): 中田祥之
  • Organizer: 5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan, October 23-27, 2018, Hawaii, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The analysis for Σ- yield in Σp scattering experiment (J-PARC E40) (2018)
  • Author(s): 藤岡徳菜
  • Organizer: 5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan, October 23-27, 2018, Hawaii, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DAQ upgrade for the use of the high intensity π beam in the Σp scattering experiment (J-PARC E40) (2018)
  • Author(s): 本多良太郎
  • Organizer: 5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan, October 23-27, 2018, Hawaii, USA
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] J-PARCハドロン実験施設で奇妙な粒子と陽子の散乱現象を精密に測定
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/11/press20211108-04-scattering.html