ハイパー核ガンマ線分光で解明するΛN相互作用の荷電対称性

• 研究課題/領域番号: 15H02079
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田村 裕和 東北大学, 理学研究科, 教授 (10192642)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円); 2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2017年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2016年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円); 2015年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
• キーワード: 原子核物理学 / ハイパー核 / ガンマ線分光 / ストレンジネス / 荷電対称性 / ゲルマニウム検出器 / バリオン間相互作用 / 実験核物理 / 荷電対称性の破れ / 鏡像核 / J-PARC

研究成果の概要

本研究は、J-PARCハドロン施設で4ΛHe,4ΛHハイパー核のγ線を精密測定して両者の構造の違いを調べ、昔の実験で示唆されていたΛハイパー核の荷電対称性の大きな破れが存否を実験的に決着させること目指した。まず4ΛHeの実験を実施し、励起状態1+と基底状態0+の間隔を1.406 MeVと決定した。これは過去に報告された4ΛHでの間隔1.09MeVと大きく離れていることから、大きな荷電対称性の破れの存在が明確になった。引き続き4ΛHのγ線測定によりその1+, 0+間隔を高精度で再測定する実験をJ-PARCの新たなビームラインで行うため、ファイバー飛跡検出器等の検出器群を開発し、実験準備を整えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

荷電対称性とは、原子核の陽子と中性子の間の対称性で、その破れは極めて小さい。今回の実験により、これがΛハイパー核では非常に大きくなることが初めて確定した。これは原子核物理学の基本的概念を揺さぶる重要な発見である。この大きな破れの起源は、さまざまな努力にもかかわらずまだ理論的に説明できないが、この発見を機に理論研究が大きく進展すると期待される。荷電対称性の破れは、uクォークとdクォークの小さな質量差を起源としているため、それがどのようにバリオン間相互作用に反映されるのかが明らかになれば、核力を含むバリオン間相互作用のより本質的な理解につながるであろう。

研究成果

• [国際共同研究] ソウル国立大学校(韓国)
• [国際共同研究] INFN, Torino(イタリア)
• [国際共同研究] INFN, Sezione di Torino(イタリア)
• [国際共同研究] Seoul National University/Korea University(韓国)
• [国際共同研究] Joint Institute for Nuclear Research(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Beihang University(中国)
• [国際共同研究] ソウル国立大学/高麗大学(韓国)
• [国際共同研究] INFN トリノ(イタリア)
• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
• [国際共同研究] INFN, Sezione di Torino/Universit di Torino/Politecnico di Torino(イタリア)
• [国際共同研究] Joint Institute for Nuclear Research(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Future Possibilities for Accelerators in Nuclear Physics (2019)
  • 著者名/発表者名: Shoji Nagamiya, Hideto En'yo, Hirokazu Tamura
  • 雑誌名: Rev. Accel. Sci. Tech. 巻: 10 ページ: 13-13
  • DOI: 10.1142/9789811209604_0003
  • ISBN: 9789811209598, 9789811209604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Present status and prospect of nuclear physics with strangeness --summary of HYP2018 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 2130 ページ: 60001-60001
  • DOI: 10.1063/1.5118419
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gamma-ray spectroscopy of single Λ-hypernuclei at J-PARC: Results and perspective (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Koike, T. Nagae, T. Takahashi, H. Tamura et al.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 2130 ページ: 20011-20011
  • DOI: 10.1063/1.5118379
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Strangeness Nuclear Physics (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 26 ページ: 11003-11003
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.011003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First γ-Ray Spectroscopy of an sd-Shell Hypernucleus, 19ΛF (2019)
  • 著者名/発表者名: S.B. Yang T. Nagae, T. Takahashi, H. Tamura et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 26 ページ: 23015-23015
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.023015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for Excited State of \(_{\Sigma }^{4}\text{He}\) Hypernucleus in the J-PARC E13 Experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakagawa、S. Nagao et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 26 ページ: 023005-023005
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.023005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The First Determination of the Level Structure ofan sd-shell Hypernucleus 19F(Lambda) (2018)
  • 著者名/発表者名: S.B.Yang, S.Hasegawa, K.Imai et al.,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 号: 13 ページ: 132505-132505
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.132505
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gamma-ray spectroscopy of hypernuclei -Recent results and prospect at J-PARC- (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura, 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, ... T. Koike, ... K. Miwa, ...T. Takahashi et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 17 ページ: 011004-011004
  • DOI: 10.7566/jpscp.17.011004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The First Gamma-ray Spectroscopic Study of sd-shell Hypernucleus, 19ΛF (2017)
  • 著者名/発表者名: S.B. Yang, 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, ... T. Koike, ... K. Miwa, ... T. Takahashi, H. Tamura et al. (J-PARC E13 collaboration)
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 17 ページ: 012004-012004
  • DOI: 10.7566/jpscp.17.012004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for Excited State of Sigma Hypernucleus in the J-PARC E13 Experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nakagawa, 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,... T. Koike, ... K. Miwa, ...T. Takahashi, H. Tamura et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 17 ページ: 0120091-4
  • DOI: 10.7566/jpscp.17.012009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reopening of Research Activities on Strangeness Nuclear Physics at J-PARC (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Tanaka, Hirokazu Tamura
  • 雑誌名: Nuclear Physics News 巻: 27 号: 2 ページ: 21-27
  • DOI: 10.1080/10619127.2017.1315285
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Missing-mass spectroscopy with the 6Li(π-,K+)X reaction to search for 6ΛH (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Honda, T. Koike, K. Miwa, A. Sakaguchi, H. Tamura, M. Ukai, T. Yamamoto et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 96 号: 1 ページ: 014005-014005
  • DOI: 10.1103/physrevc.96.014005
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Study of ΛN Interaction via the γ-ray Spectroscopy of 4ΛHe and 19ΛFe (E13-1st) (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, ... T. Koike, ... H. Tamura, ... M. Ukai et al
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the Λ Spin-flip B(M1) Value in Hypernuclei (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sasaki, T. Koike, K. Miwa, A. Sakaguchi, H. Tamura et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 8 ページ: 0220131-4
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.022013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] J-PARC E19 Experiment: Pentaquark Θ+ Search in Hadronic Reaction at J-PARC (2015)
  • 著者名/発表者名: T.N. Takahashi et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 8 ページ: 022011-022011
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.022011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hypernuclear production cross section in the reaction of 6Li + 12C at 2 AGeV (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Rappold, A. Sakaguchi, H. Tamura et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 747 ページ: 129-134
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2015.05.059
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Precise determination of 12-Lambda-C level structure by γ-ray spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hosomi, Yue Ma, Shuhei Ajimura, Kanae Aoki, Seishi Dairaku, Yuanyong Fu, Hiroyuki Fujioka, Kenta Futatsukawa, Wataru Imoto, Yutaka Kakiguchi, Masaharu Kawai, Sari Kinoshita, Takeshi Koike, Nayuta Maruyama, Masahiro Mimori, Shizu Minami, Yusuke Miura, Koji Miwa, Yohei Miyagi, Tomofumi Nagae, et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Phyiscs 巻: 081D01 号: 8 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Experimental studies on possible modification of baryons in nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: International symposium on Clustering as a Window on the Hierarchical Structure of Quantum Systems (CLUSHIQ2020), Beppu, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Hypernuclear Physics --Recent Results and Future Prospects (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: Symposium on Rare Isotope Sciences, Institute for Basic Science, Daejeon, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hypernuclear Physics --How to Solve the Hyperon Puzzle-- (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: International Symposium on Nuclear Symmetry Energy (NuSYM2019), Da Nan, Vietnam
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hypernuclear Physics at J-PARC (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: THEIA-STRONG2020 workshop 2019, Speyer, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] Status and perspective of hypernuclear physics at J-PARC (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: 3rd EMMI Workshop: Anti-matter, hyper-matter and exotica production at the LHC, Wroclaw, Poland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Possible Modification of a Hyperon in Hypernuclei (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: STRANEX: Recent progress and perspectives in STRANge EXotic atoms studies and related topics, ECT*, Trento, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] ハイペロンパズルを解決するために実験屋は何をすべきか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村裕和
  • 学会等名: 研究会「高密度ハドロン・クォーク物質の諸相と中性子星の構造・進化」, 京都大学基礎物理学研究所
• [学会発表] J-PARCでの原子核・ハドロン実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村裕和
  • 学会等名: 研究会「シミュレーションによる宇宙の基本法則と進化の解明に向けて」(QUCS2019) , 京都大学基礎物理学研究所
  • 招待講演
• [学会発表] Summary of HYP2018 (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: The 13st International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2018), Portsmouth, VA, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent results in Hypernuclear physics (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: International School of Nuclear Physics 40th Course “The Strong Interaction: From Quarks and Gluons to Nuclei and Stars”, Erice, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Gamma-ray spectroscopy of hypernuclei (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: International Conference on Physics, Mandalay 2018 (ICPM21018), Mandalay, Myanmar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strangeness Nuclear Physics (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: The 8th International Conference on Quarks and Nuclear Physics, Tsukuba
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ストレンジネス ―この35年とこれから― (2018)
  • 著者名/発表者名: 田村裕和
  • 学会等名: 研究会「ストレンジネス核物理の進展と今後の展望」, フォレスト本郷、東京
  • 招待講演
• [学会発表] Nuclear Physics with Strangeness (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: 56th International Winter Meeting on Nuclear Physics, Bormio, Italy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Properties and behavier of baryons in a nucleus studied from precise gamma-spectroscopy and weak decays of Λ hypernuclei (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: International Workshop on the Project for the Extended hadron Experimental Facility at J-PARC, Tokai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hadrons in medium (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: The 21st Particle and Nuclei International Conference (PANIC2017), Beijing, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimental studies of high density baryonic matter with and without strangeness (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: XVII International Conference on Hadron Spectroscopy and Structure (Hadron2017), Salamanca, Spain
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prospect for Hypernuclear Studies at J-PARC K1.1 Beam Line (Prospect on S= -1 Hypernuclei) (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: “Advances and open problems in low-energy nuclear and hadronic STRAngeness physics” workshop, Trento, Italy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hypernuclear physics with kaon (and pion) beams (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: The 2nd EMMI workshop: Anti-matter, hyper-matter, and exotica production at the LHC, Trino, Italy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Overview of hypernuclei -What are exciting now? (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: EMMI Workshop on anti-matter, hyper-matter and exotica production at the LHC
  • 発表場所: CERN, Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2016-07-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent Achievements at J-PARC and Future Prospects of Hypernuclear Study (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: The Second JLab Hypernuclear Workshop
  • 発表場所: Jefferson Laboratory, Newport News, VA, USA
  • 年月日: 2016-03-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of ΛN interaction via the A=4 mirror Λ hypernuclei: H and He (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Koike
  • 学会等名: Future directions for nuclear structure and reaction theories: Ab initio approaches for 2020
  • 発表場所: GANIL, Caen, France
  • 年月日: 2016-03-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Present Status and Future Prospectsof Hypernuclear Physicsat J-PARC (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: Internation Workshop on "Production and study of neutron-rich hypernucle -.Physics and potentialities at FAIR/R3B"
  • 発表場所: CEA-Saclay, Orme des Merisiers, France
  • 年月日: 2016-01-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimental Approaches to Strangeness in Neutron Stars (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: 14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos (NIC14)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent Progress in Hypernuclear Physics (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: 25th International Nuclear Physics Conference (INPC2016)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strangeness nuclear physics and neutron stars (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: Conference in the YIPQS long-term and Nishinomiya-Yukawa memorial workshop "Compact stars and gravitational waves"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hypernuclear Physics at J-PARC (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: Frontiers in hadron and nuclear physics with strangeness and charm
  • 発表場所: ECT*, Trento, Italy
  • 年月日: 2015-10-19
  • 国際学会
• [学会発表] Gamma-ray spectroscopy of Lambda hypernuclei at J-PARC (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Koike
  • 学会等名: International symposium on the “Frontier of γ-ray spectroscopy” (Gamma15)
  • 発表場所: Osaka University, Toyonaka, Osaka, Japan
  • 年月日: 2015-09-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gamma-ray spectroscopy of 4ΛHe hypernuclei with Hyperball-J (2015)
  • 著者名/発表者名: T.O. Yamamoto
  • 学会等名: International symposium on the “Frontier of γ-ray spectroscopy” (Gamma15)
  • 発表場所: Osaka University, Toyonaka, Osaka, Japan
  • 年月日: 2015-09-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] (K-,π-)反応を用いた4ΛHeのガンマ線分光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本剛史 for the J-PARC E13 collaboration (田村裕和、小池武志ほか）
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市大、大阪市住吉区
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Gamma-ray spectroscopy of hypernuclei - recent results and prospects at J-PARC (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura
  • 学会等名: The 12th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2015)
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai, Japan
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prospect of gamma-ray spectroscopy of 4ΛH at J-PARC (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Ukai
  • 学会等名: The 12th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP2015)
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai, Japan
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会
• [備考] 重いハイパー核(フッ素19ラムダ核) の構造解明に成功－中性子星の内部構造を理解する手かがりに－」
  • URL: https://www2.kek.jp/ipns/ja/release/hyper/
• [備考] J-PARCハドロン実験施設で"奇妙な粒子" が原子核の荷電対称性を破る現象を発見
  • URL: http://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20151125150000/
• [備考] 原子核物理学の基本法則「荷電対称性」を大きく破る「奇妙な粒子」
  • URL: http://www.phys.tohoku.ac.jp/topics/topics-2010/
• [備考] 【プレスリリース】J-PARCハドロン実験施設で"奇妙な粒子"が原子核の荷電対称性を破る現象を発見
  • URL: http://www.sci.tohoku.ac.jp/news/20151125-3744.html
• [備考] 原子核物理学の基本法則「荷電対称性」を大きく破る「奇妙な粒子」 （東北大理物理 トピックス）
  • URL: http://www.phys.tohoku.ac.jp/topics/topics-2010/