J-PARC大強度中間子ビームとTPC検出器によるバリオンとダイバリオンの研究

• 研究課題/領域番号: 18H03706
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円); 2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2019年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2018年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: J-PARC / バリオン / ダイバリオン / Hダイバリオン / バリオン共鳴 / TPC

研究成果の概要

Hダイバリオン探索実験（E42）に関しては、2021年5－6月に本実験を遂行し、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。KuramaスペクトロメータおよびHyperonスペクトロメータにおけるTPC等の検出器の較正等を進め、Ｋ中間子の識別と運動量の再構成を行い、Λ粒子の再構成に成功した。
N*分光実験（E45）に関しては、代表者佐甲と米国側共同代表者(Lamar大学 P. Cole氏）との新たな共同研究体制を確立した。2025年頃の実験を目指し、最終的な検出器の準備および部分波解析のソフトウエア開発を米国の理論研究者と共同で進め、実験準備をほぼ完了した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Hダイバリオンはuuddssクォークから構成されるフレーバー一重項の安定な６クォーク状態と考えられており、本実験によりその存否に最終決着をつけることはハドロン研究分野についてきわめて重要なインパクトを与えると期待できる。実験は2021年に無事終了し、解析が進んでおり、今後この問題に決着をつけることが期待される。また、N*分光実験(E45）は質量2GeV以下のN＊スペクトルの完全解明のために極めて重要な実験である。本研究期間に実験の準備がほぼ終了し、2025年の実験で成果が得られることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Korea University(韓国)
• [国際共同研究] Lamar University/University of Connecticut/Argonne National Laboratory(米国)
• [国際共同研究] Lamar University/University of Connecticut/Ohio University(米国)
• [国際共同研究] Korea University(韓国)
• [国際共同研究] コリア大学(韓国)
• [国際共同研究] オハイオ大学(米国)
• [雑誌論文] Superconducting dipole magnet for Hyperon spectrometer (2023)
  • 著者名/発表者名: Ahn J.K.、Choi S.、Hasegawa S.、Hayakawa S.H.、Hong J.、Ichikawa Y.、Imai K.、Kim S.H.、Makida Y.、Ohhata H.、Sako H.、Sasaki K.、Sato S.、Takahashi T.、Tanida K.、Yoshida J.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1047 ページ: 167775-167775
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167775
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Time Projection Chamber “HypTPC” for the Hadron Spectroscopy at J-PARC (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichikawa et al.
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 33 ページ: 011103-011103
  • DOI: 10.7566/jpscp.33.011103
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a time projection chamber for J-PARC hadron physics program (2020)
  • 著者名/発表者名: Kim Shin Hyung、Ichikawa Yudai、Sako Hiroyuki、Ahn Jung Keun、J-PARC E42/45/72 Collaboration
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1498 号: 1 ページ: 012023-012023
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1498/1/012023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possibility of a new narrow Λ* resonance near the Λη threshold (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Tanida
  • 雑誌名: AIP conf. Proc. 巻: 2130 ページ: 040019-040019
  • DOI: 10.1063/1.5118416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of TPC Trigger Hodoscope for J-PARC E42/E45 Hadron Experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: Jung Wooseung、Ahn Jung keun、Hasegawa Shoichi、Hicks Kenneth、Hwang Sanghoon、Ichikawa Yudai、Kim Shinhyung、Sako Hiroyuki、Sato Susumu、Tanida Kiyoshi
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 27 ページ: 011007-011007
  • DOI: 10.7566/jpscp.27.011007
• [雑誌論文] GEM based TPC for the high intensity beam at J-PARC (2018)
  • 著者名/発表者名: Kim Shin Hyung、Ahn Jung Keun、Sako Hiroyuki、Ichikawa Yudai、Sugimura Hitoshi
  • 雑誌名: PoS 巻: Hadron2017 ページ: 221-221
  • DOI: 10.22323/1.310.0221
• [学会発表] Studies of baryon resonances with meson beams at J-PARC -J-PARC E45 and E72- (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Sako
  • 学会等名: APCTP Workshop on Nuclear Physics 2022, Jeju, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Baryon spectroscopy with Hyp-TPC at J-PARC (2022)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Tanida
  • 学会等名: The 13th International Workshop on the Physics of Excited Nucleons (NSTAR2022), Jenoa, Italy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Time Projection Chamber "HypTPC" for the hadron spectroscopy at J-PARC (2019)
  • 著者名/発表者名: Yudai Ichikawa
  • 学会等名: J-PARC symposium 2019, Tsukuba, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experiments at J-PARC with the new HypTPC detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Tanida
  • 学会等名: Reimei Symposium on Synergies in Hadron Physics between J-PARC and JLab
• [学会発表] Experimental and Theoretical Hadron Physics, Programs with HypTPC (2019)
  • 著者名/発表者名: Yudai Ichikawa
  • 学会等名: the 52nd Reimei Workshop “Experimental and Theoretical Hadron Physics: Recent Exciting Developments”, Tokai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 市川裕大
  • 学会等名: 日本物理学会74回年次大会（九州大学、福岡市）
• [学会発表] J-PARC E45の物理と展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐甲博之
  • 学会等名: 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
  • 招待講演