| 研究課題/領域番号 |
21K03544
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
土手 昭伸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (90450361)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
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| キーワード | Ｋ中間子原子核 / 高密度状態 / 量子色力学（ＱＣＤ） / 少数系 / 精密計算 / 共鳴状態 / チャネル結合 / K中間子原子核 / ハドロン物理 / 少数多体系 / 結合チャネル系 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Ｋ中間子原子核は反Ｋ中間子という粒子がくっついた原子核である。反クォークを含み相互作用を媒介する中間子が、露わに構成要素となった新しいタイプの原子核である。近年実験によって、三体系 K-pp （反Ｋ中間子Ｋ－と２つの陽子ｐの束縛状態）の存在が確かになってきた。しかしその詳細は不明である。そこで K-pp を含めＫ原子核少数系の性質を理論的に解明する。
Ｋ中間子原子核はいくつかの状態が量子力学的に混ざった、寿命が有限の不安定な状態（共鳴状態）である。共鳴状態を正しく扱う理論手法を用い、実験データと比較を行いつつ、この系がどのような存在形態をとっているのか、普通の原子核とどう違うのか、明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
原子核は陽子と中性子（あわせて核子）からできているが、本課題では反Ｋ中間子という粒子を含む原子核（Ｋ中間子原子核；Ｋ原子核）が研究対象である。核子はアップクォーク、ダウンクォークからできているのに対して、反Ｋ中間子はクォークと反クォークからなり、クォークはストレンジクォークというものである。Ｋ原子核は、このように核子とは全く違う粒子「反Ｋ中間子」を持つ新しいタイプの原子核である。
この反Ｋ中間子と核子との間にはとても強い引力が働くため、原子核内部に入った反Ｋ中間子の周りに核子が集まり、Ｋ原子核は高密度状態になる可能性がある。こういった高密度状態では、相互作用や粒子の質量が変化するといったことが、原子核物理にとって基礎理論である量子色力学（ＱＣＤ）によって予言されている。また宇宙に存在する中性子星は内部が高密度になった巨大な原子核である。地上実験で生成・測定ができるＫ原子核の研究によって、ＱＣＤや中性子星の理解が進むはずである。
このＫ原子核の性質を解明するため、反Ｋ中間子Ｋ－と２つの陽子ｐからなる、最も基本的な３体系「Ｋ－ｐｐ」の研究が理論・実験両面で進んでいる。私はＫ原子核にとって重要な性質（共鳴状態・結合チャネル状態）を正しく扱える計算手法を用い、精密にＫ原子核を調べている。反Ｋ中間子と核子との間に働く力は研究を進める上で一つの鍵であるが、この力は理論的には反Ｋ中間子と核子のエネルギーに依存し取り扱いが難しい。そこでこれを扱いやすい形式（運動量依存型）にして、現在私の計算手法に乗せてＫ－ｐｐを調べている。これまでに非相対論的な枠組みでうまく計算が行えることが確認できた。チャネル結合をきちんと扱っている私の計算では、Ｋ－ｐｐはπ中間子を含む別の状態を伴う。そこで現在、質量の小さいπ中間子で重要な相対論的効果を適切に扱う枠組みで計算に取り組んでいる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
Ｋ中間子原子核において、結合チャネルによって現れるπ中間子はとても軽い粒子であるため相対論的効果が重要となる。反Ｋ中間子に加えそのようなπ中間子まで適切に扱うため、準相対論的な枠組みにして計算を行っている。（いわゆるセミレラ計算）これまで私の計算は非相対論的枠組みで行ってきたが、そこでは相互作用は座標空間で扱われていた。しかしセミレラでは運動量空間での方が扱いやすい。ところでＫ中間子原子核は単純な束縛状態ではなく共鳴状態である。そのため複素スケーリング法という手法を用いている。今回初めて、運動量空間で定義された相互作用を本手法で使用している。これまでの座標空間での相互作用と細かな点で取り扱いが異なり、ややもすると複素スケーリングに伴う因子の数を間違ってしまう。そのためなかなかスムーズに計算が進まない。また計算結果がおかしくなるのは、そのような単なる計算上の間違いなのか、はたまた根本的な問題があるからか、私にとって初めての計算であるため見極め難いことも加わり、研究の進捗が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
「現在の進捗状況」で述べたのように、準相対論的枠組みでの計算（セミレラ計算）に苦戦している。しかし自身で様々な検討を重ねることで、徐々に間違いも見つかってきている。また昨今、新型感染コロナウィルスによる規制も緩んできているため、共同研究者とも直接会いやすい状況になった。２人の共同研究者は各々、セミレラ計算、複素スケーリング法に精通している。彼らと直接会って議論し、私の計算をチェックしてもらおうと考えている。
ところで実験の方ではＫ－ｐｐｎなど４体のＫ中間子原子核の研究の話が進みつつある。私としても４体系に取り組みたいと思っているところである。最近、４体系さらにはより大きな系までうまく扱う方法を知った。その方法を利用した研究にも取り組む予定である。
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