| 研究課題/領域番号 |
22H04917
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| 研究種目 |
特別推進研究
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
岩崎 雅彦 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究所, 研究員 (60183745)
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| 研究分担者 |
野海 博之 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (10222192)
橋本 直 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 理研ECL研究チームリーダー (20732952)
慈道 大介 東京科学大学, 理学院, 教授 (30402811)
大西 宏明 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 教授 (60360517)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
625,560千円 (直接経費: 481,200千円、間接経費: 144,360千円)
2026年度: 20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円)
2025年度: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)
2024年度: 160,160千円 (直接経費: 123,200千円、間接経費: 36,960千円)
2023年度: 178,880千円 (直接経費: 137,600千円、間接経費: 41,280千円)
2022年度: 242,190千円 (直接経費: 186,300千円、間接経費: 55,890千円)
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| キーワード | 反K中間子原子核 / 量子色力学(QCD) / KbarNN / KbarNNN / 大型ソレノイド検出器 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
通常の原子核は、陽子や中性子が中間子と呼ばれる仮想粒子を交換することで結合 (束縛) している。一方、中間子が実粒子のままで全体を束縛する原子核（中間子原子核）の存否は決着のつかない長年の謎であった。我々は最近、最も基本的な反K中間子原子核“K-pp”状態を発見し、その存在を明らかにした。本研究では、複数個の核子を持った反K中間子原子核の基本的性質を実験的に確定する。また、カイラル動力学に基づく構造計算・反応計算を発展させ、理論研究基盤を構築する。これらにより、通常原子核の稠密・非圧縮性を超えた超高密度領域において、反K中間子を新奇プローブとするハドロン・原子核研究へと展開する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、反K中間子原子核の詳細を実験的に明らかにするために、円筒型4πスペクトロメータ(CDS)をJ-PARC K1.8BR ビームラインに建設する。このCDSは、大型超伝導ソレノイド磁石、円筒形飛跡検出器(CDC)、中性子検出器(CNC)から構成される。全立体角に感度を持たせ、多粒子同時検出に高い検出効率を持たせることで、将来的な多核子系反K中間子原子核の研究にも発展応用が可能な設計とする。
理論研究においては、カイラル動力学と散乱理論に基づく理論模型を用いて実験で観測された反応過程を詳細に記述することで、生成機構と崩壊過程を分離し、束縛状態の複素質量、構造、波動関数を明らかにする。また、共鳴状態に対する量子力学は充分に理解されているとは言えないため、崩壊する粒子に対する波動関数やその構造、特に複合性を表現する物理量など、基礎物理的な課題を解決していく。
本研究の基盤となる大型超伝導ソレノイド磁石に関しては、昨年度に調達したコールドマス及び熱輻射シールドを、本年度新たに製作した真空容器に組み込んで完成させた。試験運転により健全性を確認し、鉄ヨーク無しでの磁場測定を行った。測定した磁場はOPERA3Dによる計算と矛盾が無いことを確かめた。CDCに関しては、昨年度から準備を行ってきた補強加工を施して完成させ、コミッショニングを進めた。一部の読み出し回路を実装し、宇宙線による飛跡の検出に成功した。
理論では、これまでに引き続き、散乱理論を用いて反応過程を記述し“KbarNN”の共鳴極の位置や大きさを引き出す理論的基盤の整備を行い、既に得られているデータを用いてその有効性の議論を進めた。一方、QCD相を記述するQCD計算とハドロン相におけるカイラル動力学との橋渡しを目指すべく、Λ(1405)に関する格子QCD計算を進めた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題の理論部分は、慈道(東工大)を中心に順調に研究が進んでいる。特に、Λ(1405)に関する格子QCD計算が本研究により飛躍的に進歩している。実験部分は、最初の3年間で大型超伝導ソレノイド磁石・大型ドリフトチェンバー(CDC)・中性子検出器(CNC)から主に構成される新型スペクトロメータシステムを製作し、4年度目にシステムを統合、5年度目に実験を行い最初の学術論文公表することを目指し研究計画を推進してきた。磁石及びCDCは計画通りに完成させ、CNCは新たに獲得した基盤Sによりプラスティックシンチレーターの調達が完了した。CNCは4年度目に完成させる予定である。しかしながら、実験を行うJ-PARCハドロン実験施設でのビームタイムの遅れにより、そこで行われる全ての実験の遂行が半年～1年程度遅延している。これにより、本研究課題で行う実験も遅れ、実験エリアでの実際のシステム統合・調整は5年度目にずれ込み、実験自体も5年度目末の実施となる見込みである。
一方で、【今後の研究の推進方策】でも述べるが、これまで収集してきた既存のデータをも活用して、本研究課題の時限内で以下の成果創出を実現する。
1）"K-pp"の荷電鏡像状態である"K0bar nn"状態の特定を、ハイパートライトンの寿命測定データを活用したK-3He->πΛp+n反応のπΛp不変質量分光によって前倒しで特定することを目指す。
2）"K-pp"のスピン・パリティ I(J^P) の特定にこだわらず、新たに我々が発見した3核子系の反K中間子原子核である"KbarNNN"のスピン・パリティの決定と分光へ詳細研究を行う。当初目的の"K-pp"のスピン・パリティの特定は、"KbarNNN"での成果創出を行ったうえで、その成果に立脚して改めて取り組む。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験では、CDCのコミッショニングを宇宙線や放射線源などを用いて進め、システムとして完成させる。CNCに関しては、MPPCを用いた読み出し開発を完了し、100ps以下の時間分解能を持つTOF検出器として完成させる。実験エリアが利用可能になり次第、ソレノイド磁石を設置し、現在開発を進めている磁場測定システムを用いて磁場測定を行う。CDC/CNCをインストールして調整を完了した後に、実際のビームを用いて実験を行う。同時に、データ取得後速やかに結果の公表を行うために、これまで築いてきたデータ解析ツールの改善を行っていく。
理論では、Λ(1405)に関する格子QCD計算を進めていく。また、引き続き、散乱理論を用いて反応過程を記述し“KbarNN”の共鳴極の位置や大きさを引き出す理論的基盤を整備し、既に得られているデータを用いてその有効性を確認する。
研究の実験部分に関しては、中間評価時に再設定を行った計画目標を達成させる。すなわち、俯瞰的に反K中間子原子核研究を見た場合の研究順番を入れ替え、自動的にスピン・パリティがI(J^P) = 0(1/2^-)と特定される3核子系の反K中間子原子核研究を優先して実験する。並行して、2核子系の反K中間子原子核"K-pp"のスピン・パリティの特定の実現に向け、研究期間中に可能な限りポラリメータシステムを導入し詳細な測定原理実証をおこなう。更にこれらの成果に基づいて、引き続き本研究課題の課題期間を超えて2核子系の"K-pp"のスピン・パリティの特定へと歩みを進める。本研究課題と、共同研究者である佐久間(理研)/橋本(理研)が新たに獲得した科研費基盤S/基盤Aの研究課題との間で緊密な連携を取ることで、一体的に当初目的と同等以上の研究成果創出を目指す。
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| 評価結果 |
中間評価
A-: 一部に遅れ等が認められるため、今後努力が必要であるが、概ね順調に研究が進展しており、一定の成果が見込まれる
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