Ｊ－ＰＡＲＣにおけるΞハイパー核の分光実験

• 研究課題/領域番号: 13J01075
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 金築 俊輔 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2015年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2013年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: ハイパー核 / 磁気スペクトロメータ / Ξハイパー核 / 水チェレンコフ検出器 / J-PARC / 実験核物理 / ストレンジネス / マルチストレンジネス / チェレンコフ検出器

研究実績の概要

K+解析用磁気スペクトロメータS-2Sの開発と、既存のSKSスペクトロメータを用いた予備実験の実施、データ解析を行った。
S-2Sの偏向電磁石D1が2015年5月に完成した。励磁試験を行って動作確認し、NMR磁場測定器を用いて励磁特性を測定した。最大磁場強度1.48 Tを達成し、設計通りの十分な偏向力を有していることを確認した。磁場分布については、測定・較正の方法を検討し、測定器と架台の設計、製作を行った。今後行う予定の詳細な分布測定に先駆けて簡易測定を行い、トリガー検出器位置での漏れ磁場が5Gauss以下であると確認した。
(K-,p)事象をトリガー段階で抑制する水チェレンコフ検出器の実機を製作した。宇宙線を用いた実験とモンテカルロシミュレーションにより、K+検出効率95%を保ちながら陽子抑制率90%を達成できることを示した。漏れ磁場に対しては、バッキングコイルを用いてそれを打ち消す磁場を発生させることで、PMTの性能悪化を5%以内に抑制できることを確認した。
J-PARCハドロン実験施設は2013年5月に発生した放射性物質漏洩事故への対応のため2年間運転を停止した。その影響でS-2SのK1.8実験室への設置とそれを用いた実験が2年遅れることとなったため、その前段階としてK1.8実験室に既に設置されていたSKSスペクトロメータを用いた予備実験を2015年10-11月に行った。
まずCH2標的を用いて入射運動量1.5-1.9 GeV/cの範囲でp(K-,K+)Ξ-反応の断面積測定を行い、過去の実験を約2桁上回る統計量のデータを取得した。Ξ生成の収量が入射運動量1.8GeV/cで最大となることを確認した。また、本研究の目的である炭素標的を用いたΞハイパー核励起スペクトルの測定も行った。エネルギー分解能は5MeV(FWHM)で過去の実験の3倍の向上が期待される。約6万個の準自由過程事象とともに、束縛領域にも有意な事象数を観測した。Ξハイパー核の束縛状態のピーク観測とΞ核ポテンシャルの評価を目標に鋭意解析を進めている。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] INFN/Torino University(イタリア)
• [国際共同研究] JINR(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Korea University/Seoul National University(韓国)
• [雑誌論文] Development of water Cerenkov detector for on-line proton rejection in Ξ hypernuclear spectroscopy via the (K-, K+) reaction (2016)
  • 著者名/発表者名: T.Gogami, N.Amamo, S.Kanatsuki, T.Nagae, K.Takenaka
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 817 ページ: 70-70
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.02.021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of Spin-Dependent Charge Symmetry Breaking in ΛN Interaction: Gamma-ray Spectroscopy of 4-Lambda-He (2015)
  • 著者名/発表者名: T. O. Yamamoto, M. Agnello, Y. Akazawa, N. Amano, K. Aoki, E. Botta, N. Chiga, H. Ekawa, P. Evtoukhovitch, A. Feliciello, M. Fujita, T. Gogami, S. Hasegawa, S. H. Hayakawa, T. Hayakawa, R. Honda, K. Hosomi, S. H. Hwang, N. Ichige, Y. Ichikawa, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 22 ページ: 222501-222501
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.222501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spectroscopic Study of S = －2 Hypernuclei with a New Spectrometer S－2S (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanatsuki, et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 8 ページ: 021018-021018
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.021018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the ”K－pp”-like structure in the d(π+,K+) reaction at 1.69 GeV/c (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichikawa et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2015-2 号: 2 ページ: 21D01-0
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-resolution search for the Θ+ pentaquark via a pion-induced reaction at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Moritsu et al. (J-PARC E19 Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 90 号: 3 ページ: 035205-035205
  • DOI: 10.1103/physrevc.90.035205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inclusive spectrum of the d(π+, K+) reaction at 1.69 GeV/c (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichikawa et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2014-10 号: 10 ページ: 101D03-101D03
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu128
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] (K-,K+) 反応を用いたΞハイパー核分光実験: J-PARC E05 の pilot run (2016)
  • 著者名/発表者名: 金築俊輔
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] (K-,K+) 反応を用いたΞハイパー核分光実験におけるバックグラウンドの評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 後神利志
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Construction Status of a New Spectrometer “S-2S” for Spectroscopy of Multi-Strangeness Systems at J-PARC (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanatsuki
  • 学会等名: The 12th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Spectroscopy of S = －2 hypernuclei at J-PARC with a new spectrometer S-2S (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanatsuki
  • 学会等名: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 発表場所: ハワイ島（アメリカ）
  • 年月日: 2014-10-09
• [学会発表] (K-,K+)反応用磁気スペクトロメータ S-2S の設計と現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金築 俊輔
  • 学会等名: 「ストレンジネスを含む原子核の最近の展開」研究会
  • 発表場所: 熱川ハイツ（静岡・伊豆熱川）
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] Design and status of a new spectrometer S-2S for spectroscopy of S = -2 hypernuclei (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanatsuki
  • 学会等名: 26th Indian-Summer School on Low Energy Hadron Physics
  • 発表場所: プラハ（チェコ共和国）
  • 年月日: 2014-09-04
• [学会発表] Spectroscopic study of S = -2 hypernuclei with a new spectrometer S-2S (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanatsuki
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城・つくば市）
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] Status of a new spectmmeter S-2S for spectroscopy of hypernuclei with S=-2 at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanatsuki
  • 学会等名: Intemational School for Strangeness Nuclear Physics
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構、先端基礎研究センター
  • 年月日: 2014-02-15
• [学会発表] J-PARC K1.8ビームラインで用いる新規スペクトロメータS-2Sの準備状況 (2013)
  • 著者名/発表者名: 金築俊輔、天野宣昭、市川裕大、江川弘行、高橋俊行、高橋仁、永江知文、広瀬恵理奈、藤岡宏之、森津学
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 高知大学朝倉キャンパス
  • 年月日: 2013-09-20