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アクティブファイバー標的で拓くS = -2ハイパー核の精密分光

研究課題

研究課題/領域番号 20J20381
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
審査区分 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
研究機関京都大学

研究代表者

原田 健志  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードハイパー核 / マルチストレンジネス / J-PARC / 欠損質量分光 / Ξハイパー核 / 実験核物理 / ストレンジネス核物理 / 反応分光 / 精密分光
研究開始時の研究の概要

本研究は、ストレンジクォークを含む原子核(ハイパー核)を分光学的手法を用いて調べることにより、4つの基本相互作用のうち、強い相互作用のはたらきを解明する研究である。
特に、ハイパー核の中でも実験結果の乏しいストレンジネス量子数が-2のグザイハイパー核に注目している。
グザイハイパー核のエネルギー準位を高精度に測定し、その束縛状態を世界で初めてピーク構造として捉え、エネルギー準位とその崩壊幅を測定する。この結果から、グザイ粒子と核子間に働く相互作用ポテンシャルの実部と虚部の情報を得て、バリオン間力模型に強い制限を与える。

研究実績の概要

本研究では、J-PARC K1.8ビームラインエリアにおいて、(K-, K+)反応を用いてストレンジネス量子数 S = -2を持つグザイハイパー核を生成し、欠損質量分光法によりそのエネルギー準位と崩壊幅を測定する。これらの実験情報からグザイ粒子と原子核の間に働く相互作用ポテンシャルの実部・虚部の情報を得てバリオン間相互作用モデルに制限を与えることが本研究の目的である。ビームタイムは2023年度中に開始・終了する予定である。
散乱粒子の飛跡検出のため、磁気スペクトロメーター(S-2S)の前後に計5台の飛跡検出器を設置した。読み出しに使用するケーブルを配線しノイズを抑える処置をした。S-2Sの下流に設置した3台の飛跡検出器については、これらを通過した宇宙線に起因する信号からその飛跡を再構成し、検出器ごとの検出効率を評価した。ワイヤーに印加する高電圧や信号の閾値電圧等を適切に設定することにより、検出効率が99.9%を超えることを確認した。粒子識別検出器についても設置後ケーブル配線を行い、密封線源を用いて信号読み出しに使用する光電子増倍管(PMT)の利得調整を行った。PMTは通常、磁場環境下では量子効率が低下し実効的な信号の大きさが小さくなる。この効果を除去する目的で、本実験で使用する粒子識別検出器には磁気シールドやバッキングコイルを設けている。実際にS-2Sを励磁し、これらが機能していることを確認した。反応標的には、シンチレーションファイバーで構成される有感標的AFTを使用する。約900本のシンチレーションファイバーを組み上げ固定するためのフレームを設計・製作した。シンチレーショファンイバーから発する光は、ファイバー両端に配置した光子計測器(MPPC)を用いて読み出す。総数約1800チャンネル分のMPPC基板を製作し、実機フレームに取り付けた。製作したAFT実機を実験エリアへ設置し、調整を進めた。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 9件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Measurement of differential cross sections for Σ+p elastic scattering in the momentum range 0.44-0.80 GeV/c2022

    • 著者名/発表者名
      T. Nanamura, K. Miwa, ..., T. Gogami, T. K. Harada, K. Yohimura
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2022 号: 9

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac101

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High resolution spectroscopy of Ξ hypernuclei with active fiber target2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi K. Harada, K. Ebata, T. Gogami, S. H. Hayakawa, R. Honda, Y. Ichikawa, K. Miwa, T. Nagae, T. Nanamura, T. Takahashi, M. Ukai and T. O. Yamamoto
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 271 ページ: 03006-03006

    • DOI

      10.1051/epjconf/202227103006

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Recent progress and future prospects of hyperon nucleon scattering experiment2022

    • 著者名/発表者名
      K. Miwa, T. Nanamura, ..., T. Gogami, T. K. Harada, M. Ichikawa, M. Naruki, K.N. Suzuki, et. al.
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 271 ページ: 04001-04001

    • DOI

      10.1051/epjconf/202227104001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Strangeness physics programs by S-2S at J-PARC2022

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Gogami et al.
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 271 ページ: 11002-11002

    • DOI

      10.1051/epjconf/202227111002

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] X ray spectroscopy on Ξ- atoms (J-PARC E03, E07 and future)2022

    • 著者名/発表者名
      T. O. Yamamoto, ..., T. Gogami, T. K. Harada, T. Nagae, et. al.
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 271 ページ: 03001-03001

    • DOI

      10.1051/epjconf/202227103001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High resolution spectroscopy of the “ΣN cusp” by using the d (K-, π-) reaction2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Ichikawa, ..., T. Gogami, T. K. Harada, T. Nagae, T. Nanamura, et. al.
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 271 ページ: 02012-02012

    • DOI

      10.1051/epjconf/202227102012

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Preparation status of missing-mass spectroscopy for Ξ hypernuclei with S-2S magnetic spectrometer2022

    • 著者名/発表者名
      K. Ebata, ..., T. Gogami, T. K. Harada, T. Nagae, et. al.
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 271 ページ: 03008-03008

    • DOI

      10.1051/epjconf/202227103008

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Precise Measurement of Differential Cross Sections of the Σ-p→Λn reaction in momentum range 470-650 MeV/c2022

    • 著者名/発表者名
      K. Miwa et al.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 128 号: 7 ページ: 072501-072501

    • DOI

      10.1103/physrevlett.128.072501

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Candidates for the 5α condensed state in 20Ne2021

    • 著者名/発表者名
      Adachi S.、Fujikawa Y.、Kawabata T.、Akimune H.、Doi T.、Furuno T.、Harada T.、Inaba K.、Ishida S.、Itoh M.、Iwamoto C.、Kobayashi N.、Maeda Y.、Matsuda Y.、Murata M.、Okamoto S.、Sakaue A.、Sekiya R.、Tamii A.、Tsumura M.
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 819 ページ: 136411-136411

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2021.136411

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of the differential cross sections of the Σ-p elastic scattering in momentum range 470 to 850 MeV/c2021

    • 著者名/発表者名
      K. Miwa et al.
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 104 号: 4 ページ: 045204-045204

    • DOI

      10.1103/physrevc.104.045204

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] High resolution spectroscopy of Ξ hypernuclei with Active Fiber Target2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi K. Harada
    • 学会等名
      HYP2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] グザイハイパー核精密分光に向けたアクティブファイバー標的(AFT)の開発2022

    • 著者名/発表者名
      原田健志
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高分解能磁気スペクトロメーター(S-2S)を用いたΞハイパー核精密分光2022

    • 著者名/発表者名
      原田健志
    • 学会等名
      J-PARCハドロン研究会2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of Active Fiver Target (AFT) for high precision spectroscopy of Xi hypernucleus2021

    • 著者名/発表者名
      T. Harada
    • 学会等名
      SNP school 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High precision missing-mass spectroscopy of Xi hypernuclei via the (K-, K+) reaction2021

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Harada
    • 学会等名
      APFB2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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