Studies of baryons and dibaryons with J-PARC high-intensity meson beams and a TPC detector

• Project/Area Number: 18H03706
• 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: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 佐甲 博之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (40282298)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市川 裕大 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (50756244)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥43,810,000 (Direct Cost: ¥33,700,000、Indirect Cost: ¥10,110,000); Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2021: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2020: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2019: ¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000); Fiscal Year 2018: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
• Keywords: J-PARC / Hダイバリオン / バリオン / バリオン共鳴 / TPC

Outline of Annual Research Achievements

Hダイバリオン探索実験（E42）に関しては、2021年4月までにTPC、TPCホドスコープ、水チェレンコフカウンター、及びKuramaスペクトロメーターのドリフトチェンバーとTOFカウンター等、すべての検出器の準備を完了した。2021年5月から6月にかけて本実験を遂行し、検出器を安定に動作させ、全1700億事象の(K+,K-)反応データを収集することに成功した。特にTPCに関しては、P-10ガスのフローレートを1L/minに増加させることによって、水蒸気と酸素の混入を数10ppm以下に抑制し、その結果GEMの放電レートを10回/hour以下に低減することが可能となり、TPCの安定運転に成功した。E42実験のデータ解析に関しては、KuramaスペクトロメーターにおけるＫ中間子の識別、および運動量の再構成を行い、さらにTPCの較正、特にTPCのドリフト時間の波形データのベースライン較正及びドリフトチェンバーを使用したTPCのドリフト速度の較正等を行った。TPCの各パッド平面における検出効率は90%以上と評価した。
E45実験に関しては、米国側共同代表者(Ohio大学　K. Hicks氏）の退任を受けて、新たな米国側共同代表者(Lamar大学　P. Cole氏）を選出した。また、E45と同じπN→ππN反応の測定を目指しているGSIのHADES実験グループと議論を行い、両実験の相補性を確認した。さらにE45実験のビームタイムに関して、TPCを共有するE72実験と、K1.8ビームラインを共有するユーザグループとの議論を行った結果、E45実験は2025年頃の実験を目指すこととなった。2022年1月の実験審査委員会においてこのビームタイムスケジュール案を示した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Ｈダイバリオン探索実験（E42）は今年度終了し、当初予定通り本研究期間内に実施することができ、データ解析も順調に進んでいるものの、N*分光実験（E45）については、J-PARCのビームタイムの制限と先行するK1.8ビームラインの他の実験およびTPCを共有するE72実験の予定との兼ね合いから、最も早くて、本実験は2025年頃に行われる見通しとなった。この点は、当初計画に比べて遅れが生じたことから、現在までの進捗状況は、やや遅れている、と判断する。最終年度であるR4年度において、E45実験のすべての準備を完了させる予定である。

Strategy for Future Research Activity

E42実験については、ΛΛ不変質量スペクトルの導出を目指して検出器較正及びデータ解析を進める。またE45実験の残りの準備、つまり液体水素標的のためのTPCの標的ホルダーの気密化と、液体水素標的における非散乱事象を除去するために必要なビーム除去カウンターの開発を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Lamar University/University of Connecticut/Ohio University(米国)
• [Int'l Joint Research] Korea University(韓国)
• [Int'l Joint Research] コリア大学(韓国)
• [Int'l Joint Research] オハイオ大学(米国)
• [Journal Article] Time Projection Chamber “HypTPC” for the Hadron Spectroscopy at J-PARC (2021)
  • Author(s): Y. Ichikawa et al.
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 33 Pages: 011103-011103
  • DOI: 10.7566/jpscp.33.011103
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a time projection chamber for J-PARC hadron physics program (2020)
  • Author(s): Kim Shin Hyung、Ichikawa Yudai、Sako Hiroyuki、Ahn Jung Keun、J-PARC E42/45/72 Collaboration
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 1498 Pages: 012023-012023
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1498/1/012023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Possibility of a new narrow Λ* resonance near the Λη threshold (2019)
  • Author(s): Kiyoshi Tanida
  • Journal Title: AIP conf. Proc. Volume: 2130 Pages: 040019-040019
  • DOI: 10.1063/1.5118416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of TPC Trigger Hodoscope for J-PARC E42/E45 Hadron Experiment (2019)
  • Author(s): Jung Wooseung、Ahn Jung keun、Hasegawa Shoichi、Hicks Kenneth、Hwang Sanghoon、Ichikawa Yudai、Kim Shinhyung、Sako Hiroyuki、Sato Susumu、Tanida Kiyoshi
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 27 Pages: 011007-011007
  • DOI: 10.7566/jpscp.27.011007
• [Journal Article] GEM based TPC for the high intensity beam at J-PARC (2018)
  • Author(s): Kim Shin Hyung、Ahn Jung Keun、Sako Hiroyuki、Ichikawa Yudai、Sugimura Hitoshi
  • Journal Title: PoS Volume: Hadron2017 Pages: 221-221
  • DOI: 10.22323/1.310.0221
• [Presentation] Time Projection Chamber "HypTPC" for the hadron spectroscopy at J-PARC (2019)
  • Author(s): Yudai Ichikawa
  • Organizer: J-PARC symposium 2019, Tsukuba, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Experiments at J-PARC with the new HypTPC detector (2019)
  • Author(s): Kiyoshi Tanida
  • Organizer: Reimei Symposium on Synergies in Hadron Physics between J-PARC and JLab
• [Presentation] Experimental and Theoretical Hadron Physics, Programs with HypTPC (2019)
  • Author(s): Yudai Ichikawa
  • Organizer: the 52nd Reimei Workshop “Experimental and Theoretical Hadron Physics: Recent Exciting Developments”, Tokai, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] J-PARC E42/45実験のためのMPPCを用いた高時間分解能検出器の開発(2) (2019)
  • Author(s): 市川裕大
  • Organizer: 日本物理学会74回年次大会（九州大学、福岡市）
• [Presentation] J-PARC E45の物理と展望 (2019)
  • Author(s): 佐甲博之
  • Organizer: RCNP研究会「ガンマ線ビームを用いた原子核・ハドロン物理の新局面と今後の展望」、大阪大学、茨木市
  • Invited