光子ビームを使ったηN散乱長の精密測定による核子共鳴N(1535)S11の研究

• 研究領域: 量子クラスターで読み解く物質の階層構造
• 研究課題/領域番号: 19H05141
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 石川 貴嗣 東北大学, 電子光理学研究センター, 助教 (40400220)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: メソン・バリオン相互作用 / カイラル対

研究開始時の研究の概要

核子Nのカイラルパートナーの候補とされる核子共鳴N(1535)S11の構造を調べるためには、S11と強くするηNチャンネルの低エネルギー散乱の情報が欠かせない。本研究では、ηメソンと中性子nの散乱の寄与を露わに含む最適な運動学で、重陽子d標的でのηメソン光生成反応の微分断面積を測定し、ηN散乱の散乱長を精密に決定する。これにより自由空間でのS11の構造の解明を目指す。

研究実績の概要

核子共鳴N*(1535)S11は核子Nのカイラルパートナーの候補とされるが、その構造についてはよくわかっていない。N*(1535) はηメソンとNに崩壊しやすいため、N*(1535)の性質を明らかにするには低エネルギーηN散乱の情報が欠かせない。本研究では、ηと中性子 (n) の散乱の寄与を露わに含む最適な運動学で、重陽子(d) 標的でのηメソン光生成反応の微分断面積を測定し、ηn 散乱の散乱長すなわちηN散乱の散乱長を精密に決定する。これにより自由空間でのN*(1535)の構造、カイラル凝縮に伴う質量増加なのか、ηとNのハドロンクラスターの分子状態なのか、の解明を目指す。
東北大学電子光理学研究センター ELPH の光子ビームラインで 電磁カロリメータ FOREST と前方スペクトロメータ BLC を使って、陽子 (p)を0°で検出した 940 MeV 程度の光子ビームでのγd→ηpn反応に対するηn不変質量に対する微分断面積を測定する。実験遂行により統計量を増やすとともに、データ解析を継続的に行った。水素標的におけるγp→ηpあるいはγp→π0p反応のイベントで BLC スペクトロメータの運動量の較正を行い、重水素標的データでのプリリミナリーなηn不変質量分布を得た。
その他にも中性メソンと核子の間の相互作用として、低エネルギーωp散乱パラメータ (散乱長と有効距離) を決定し、学術論文にまとめあげた。またγd→π0ηd反応イベントの解析でηd 系でのアイソスカラーなダイバリオンのピークを見出し、観測されたダイバリオンの質量と幅を決定するとともに、中間状態のスピンパリティを与えた。またその質量分布からηd散乱パラメータの導出を行った。これらについては、2 つの学術論文 (letter と full paper) を執筆中であり、近日中に投稿予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental study of (p, 2p) reactions at 392 MeV on 12C, 16O, 40Ca and 208Pb nuclei leading to low-lying states of residual nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Noro, Takatsugu Ishikawa et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2020 号: 9
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa109
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Differential cross sections, photon beam asymmetries, and spin density matrix elements of ω photoproduction off the proton at Eγ=1.3?2.4 GeV (2020)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu N. et al. LEPS2/BGOegg Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 102 号: 2 ページ: 025201-025201
  • DOI: 10.1103/physrevc.102.025201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Search for η′ Bound Nuclei in the C12(γ,p) Reaction with Simultaneous Detection of Decay Products (2020)
  • 著者名/発表者名: N.Tomida, N.Muramatsu, M.Niiyama, J.K.Ahn, W.C.Chang, J.Y.Chen, M.L.Chu, S.Date, T.Gogami, H.Goto, H.Hamano, T.Hashimoto, Q.H.He, K.Hicks, T.Hiraiwa, Y.Honda, T.Hotta, H.Ikuno, Y.Inoue, T.Ishikawa, I.Jaegle, J.M.Jo, Y.Kasamatsu, H.Katsuragawa, S.Kido, Y.Kon, T.Maruyama, (全63名）
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 号: 20 ページ: 202501-202501
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.202501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ωN scattering length from ω photoproduction on the proton near the reaction threshold (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T.、7番目
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 101 号: 5 ページ: 052201-052201
  • DOI: 10.1103/physrevc.101.052201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Non-strange dibaryons studied in coherent double neutral-meson photoproduction on the deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 241 ページ: 01007-01007
  • DOI: 10.1051/epjconf/202024101007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ωN scattering length from ω photoproduction on the proton near the threshold (2020)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa et al.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 2249 ページ: 030027-030027
  • DOI: 10.1063/5.0008651
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ωN scattering length from ω photoproduction on the proton near the threshold (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 2319 ページ: 080017-080017
  • DOI: 10.1063/5.0036979
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neutron-neutron scattering length from π+ photoproduction on the deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: S.X. Nakamura, T. Ishikawa, T. Sato
  • 雑誌名: arXiv preprint 巻: nucl-th
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ηN Scattering Parameters and Possible η'd Bound State from η Photoproduction on the Deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 巻: 51 号: 1 ページ: 27-32
  • DOI: 10.5506/aphyspolb.51.27
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-strange dibaryons studied in coherent double neutral-meson photoproduction on the deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 巻: 51 号: 1 ページ: 329-332
  • DOI: 10.5506/aphyspolb.51.329
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Performance of the FOREST/BLC Spectrometer for Study of the η-nucleon Interaction via the γd→pηn Reaction (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Miyata, T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics 巻: 238 ページ: 705-708
  • DOI: 10.1007/978-3-030-32357-8_113
  • ISBN: 9783030323561, 9783030323578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of Non-strange Dibaryon Resonances Via Coherent Double Neutral-Meson Photoproduction from the Deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics 巻: 238 ページ: 609-613
  • DOI: 10.1007/978-3-030-32357-8_96
  • ISBN: 9783030323561, 9783030323578
  • 査読あり
• [雑誌論文] 最近の研究から「光子ビームで探るクォーク・グルーオン多体系―ダイバリオンの発見から分光へ」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣、笠木治郎太
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 BUTSURI 巻: 75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measuring Space-Time Properties of the Δ(1232) via Bose-Einstein Correlations (2019)
  • 著者名/発表者名: Qinghua He, Takatsugu Ishikawa et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 26
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.024004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-strange Dibaryon Resonances Observed in Coherent Double Neutral-Pion Photoproduction on the Deuteron (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 26
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.022014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental Study of Di-quark Correlation by CharmedBaryon Spectroscopy at J-PARC High-Momentum Secondary Beam Line (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Komatsu
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: - ページ: 022029-022029
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.022029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] eta photoproduction off the deuteron and low-energy eta-nucleon interaction (2019)
  • 著者名/発表者名: S.X. Nakamura, H. Kamano, T. Ishikawa
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 26 ページ: 0230011-4
  • DOI: 10.7566/jpscp.26.023001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Coherent neutral pion and eta meson photoproduction on the deuteron (2021)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific conference on Few-Body problems in Physics (APFB2020)
  • 国際学会
• [学会発表] ηd threshold structure from the γd→π0ηd reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: Hadron in Nucleus 2020 (HIN20)
  • 国際学会
• [学会発表] Hadron physics from meson photoproduction experiments at ELPH (2021)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: 東京工業大学量子物理学ナノサイエンス第307 回セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] nn scattering length from positive pion photoproduction on the deuteron (2021)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: 東京工業大学インフォーマルセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Low-energy neutron-neutron scattering studied with pion photoproduction on the deuteron (2021)
  • 著者名/発表者名: Satoshi X Nakamura
  • 学会等名: Hadron in Nucleus 2020 (HIN20)
  • 国際学会
• [学会発表] Hadron-hadron scattering length from meson photoproduction (2020)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: Joint THEIA-STRONG2020 and JAEA/Mainz REIMEI Web-Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] Hadron-hadron scattering length from meson photoproduction (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: ELPH workshop C029 “様々なフレーバー領域で探るクォーク・ハドロン多体系の分光と構造”
• [学会発表] 重水素標的におけるコヒーレントπ0η光生成反応によるηN散乱長の決定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 新学術領域研究「量子クラスターで読み解く物質の階層構造」 ワークショップ（第5回クラスター階層領域研究会）
• [学会発表] 仮想光子を使った nn 散乱長の精密測定による荷電対称性の破れの研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。」 ワークショップ（第2回領域全体会議）
• [学会発表] Determination of eta-nucleon scattering length from eta photoproduction on the deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 新学術領域研究「量子クラスターで読み解く物質の階層構造」 ワークショップ（第3回クラスター階層領域研究会）
• [学会発表] Neutron-neutron scattering length from π+ photoproduction on the deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村聡
  • 学会等名: ELPH workshop C029 “様々なフレーバー領域で探るクォーク・ハドロン多体系の分光と構造”
  • 招待講演
• [学会発表] Photo-production of the eta-meson on the deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: International Symposium on Clustering as a Window on the Hierarchical Structure of Quantum Systems (CLUSHIQ2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Dibaryon photoproduction on the deuteron detecting two neutral pions and deuteron (2020)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: KEK/Tokai Internal workshop on “Physics of heavy-quark and exotic hadrons”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimental study of a light exotic baryon with neutral meson photoproduction (2020)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsuchikawa
  • 学会等名: KEK/Tokai Internal workshop on “Physics of heavy-quark and exotic hadrons”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ωN scattering length from ω photoproduction on the proton near the threshold (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: The 15th International Conference on Meson-Nucleon Physics and the Structure of the Nucleon, MENU2019
  • 国際学会
• [学会発表] Non-Strange Dibaryons studied in coherent double neutral-meson photoproduction on the deuteron (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: The 12th Internal workshop on the Physics of Excited Nucleons (NSTAR2019)
  • 国際学会
• [学会発表] ηN scattering parameters and possible η'N bound state from η photoproduction on the deuteron (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: 3rd Jagiellonian Symposium on Fundamental and Applied Subatomic Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Non-strange dibaryons studied in coherent double neutral-meson photoproduction on the deuteron (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: 3rd Jagiellonian Symposium on Fundamental and Applied Subatomic Physics
  • 国際学会
• [学会発表] ωN scattering length from ω photoproduction on the proton near the threshold (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: The 14th Asia-Pacific Physics Conference 2019 (APPC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Study of charge symmetry breaking from the precise and accurate measurement of the nn scattering length using virtual photons (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川 貴嗣
  • 学会等名: 新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。」 ワークショップ（第1回領域全体会議）
• [学会発表] コヒーレントなダブルメソン光生成反応で探るダイバリオン共鳴, (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川 貴嗣
  • 学会等名: ELPH workshop C024 “ハドロン構造における多粒子相関”
• [学会発表] Dynamical coupled-channels approach to electroweak reactions on nucleon and deuteron (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村 聡
  • 学会等名: ELPH workshop C024 “ハドロン構造における多粒子相関”
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamical coupled-channels approach to electroweak reactions on nucleon and deuteron (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi X Nakamura
  • 学会等名: The 15th International Conference on Meson-Nucleon Physics and the Structure of the Nucleon, MENU2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 超前方荷電粒子検出で拓く物理
  • URL: http://www.lns.tohoku.ac.jp/hadron/mbr/ishikawa/j2020a.html
• [備考] 超前方荷電粒子検出で拓く物理
  • URL: http://www.lns.tohoku.ac.jp/hadron/mbr/ishikawa/j2019a.html