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2020 年度 実績報告書

高エネルギー光子で探る原子核内部と中性子星深部

計画研究

研究領域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。
研究課題/領域番号 18H05459
研究機関東北大学

研究代表者

中村 哲  東北大学, 理学研究科, 教授 (50280722)

研究分担者 藤井 優  東北医科薬科大学, 教養教育センター, 教授 (30302079)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワードハイパー核 / ストレンジネス / 光子ビーム / 電子ビーム / 電磁生成
研究実績の概要

昨年に引き続いて米国ジェファーソン研究所(JLab)において実験遂行したnnΛ(原子番号0のラムダハイパー核)探索実験(E12-17-003)のデータ解析を日米それぞれの解析グループにより独立にすすめた。 カルシウム同位体標的を用いて世界初の中重ハイパー核のアイソスピン依存性を精密測定しΛNN三体斥力を調べる実験に用いる荷電粒子偏向電磁石を昨年度製作したので、そのテストを国内で行った。その後、米国へ輸出し、無事ジェファーソン研究所に到着した。また、E12-15-008実験と同時の実験遂行を目指して、水素・ヘリウムといった低温標的や鉛等の重い標的に関する詳細な実験デザインを進めた。既に基本設計が済んでいる水チェレンコフ検出器の最終プロトタイプを製作し、テストを行った。
マインツ大学MAMIにおいては、三重水素Λハイパー核パズルの解決に向けて、我々が創始した次世代π崩壊中間子分光実験のデザインを進めた。また、電子エネルギーを精密に決定するためにアンジュレータを用いる新しいビームエネルギー測定技術の開発も進み、新しいエネルギー較正技術として確立することに成功した。
東北大学電子光理学研究センター(ELPH)では、標識化光子ビームを用いて荷電K中間子とΛ粒子を生成し、終相互作用を通じてΛn間力を調べる研究を推進した。このために必須である光子標識装置を新造した。この光子標識化装置は不要な放射線損傷を避けるためにビームタイム以外には容易に取り外すことができるシステムとして製作し、実際に電子ビームを用いて必要となる性能が出ていることを確認した。 さらに、ELPHでは最も単純なハイパー核である三重水素Λハイパー核の寿命測定実験に向けて、低温ヘリウム標的システムの基本設計を進めた。
取得したデータの理論的解析を少数多体系計算のエキスパートと協力して進めた。

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

製作が遅れていた負荷電粒子偏向電磁石は、本来2年間に分けて製作予定であった正荷電粒子偏向電磁石と同時に製作することで遅れを取り戻すことができた。そのため、必要となる真空箱の設計を進め予定通り完成することができた。しかし、コロナ禍のため大型電磁石の輸出のアレンジに予想より時間がかかった。また、海外渡航が実質上不可能となったため、現地における調整作業を行うことはできなかった。
その一方、これまでに取得した解析や新しい実験の研究戦略に関しては、ビデオ会議等を今まで以上に頻繁に行うことによりアメリカ、ドイツのコラボレータとより細かいところまで情報交換を行った上で共同研究を進めることができた。

今後の研究の推進方策

コロナ禍が終息し、米国ジェファーソン研究所での出張が可能になった時点で偏向電磁石、真空箱の現地における動作確認、調整を行う。昨年までに引き続き、JLabターゲットグループとの密な情報交換をオンライン会議で進め、鉛標的を用いた重いハイパー核分光実験を遂行するために、鉛標的の熱計算を進め、融点の低い鉛標的を安全に使用できるようなターゲットホルダの設計、製作を進める。それと同時に、低温ガス標的を用いた軽いハイパー核精密分光実験の検討も進める。また、実験条件とビームタイムの開始時期の最適化をジェファーソン研究所と議論し、これまで考慮していなかったHall-C実験室における実験可能性を詳細なシミュレーションを元に検討する。
マインツ大学ではアンジュレータを用いた電子ビームエネルギー精密測定実験を進めると同時に今、ホットなトピックになっている三重水素Λハイパー核パズルの解決のために新しい実験のデザイン、準備を日本において可能な範囲で進める。
東北大電子光研究センター(ELPH)では、ΛN終相互作用測定実験に必要なエアロゲルチェレンコフ検出器の開発に着手すると同時に、軽いハイパー核寿命測定実験に必要な荷電粒子測定装置の開発を行う。
懸案事項としては、2020年はすぐに終息すると期待していたCOVID-19の影響がどの程度、長期化するか未だ予想がつかないことである。海外出張が長期に渡って不可能になると米国、ドイツで展開する国際共同研究への影響が懸念されるため、状況にフレキシブルに対応することで、国内で遂行できる研究テーマを優先して進める。

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 13件、 招待講演 4件) 備考 (4件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] トマス・ジェファーソン国立研究所/ハンプトン大学/フロリダ国際大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      トマス・ジェファーソン国立研究所/ハンプトン大学/フロリダ国際大学
    • 他の機関数
      19
  • [国際共同研究] ヨハネスグーテンベルク大学マインツ(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ヨハネスグーテンベルク大学マインツ
  • [国際共同研究] A.I.Alikhanyan 国立科学研究所(アルメニア)

    • 国名
      アルメニア
    • 外国機関名
      A.I.Alikhanyan 国立科学研究所
  • [国際共同研究] INFN Roma(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      INFN Roma
  • [雑誌論文] Spectroscopy of A = 9 hyperlithium with the (e, e'K+) reaction2021

    • 著者名/発表者名
      T. Gogami et al. HKS (JLab E05-115) Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 103 ページ: L041301-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevC.103.L041301

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Accurate Λ hypernuclear spectroscopy with electromagnetic probe at Jefferson Lab2021

    • 著者名/発表者名
      T.Gogami et al. for HKS (JLab E05-115)、Jefferson Lab Hall A Tritium、JLab Hypernuclear Collaborations
    • 雑誌名

      AIP Conference proceedings

      巻: 2319 ページ: 080019-1-6

    • DOI

      10.1063/5.0037353

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Proton form factor ratio mu_p G^p_E/G^p/M from double spin asymmetry2020

    • 著者名/発表者名
      Liyanage A.、et al. (SNN 64 of 100)、SANE Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 101 ページ: 035206-1-12

    • DOI

      10.1103/PhysRevC.101.035206

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Status of hypertriton binding energy measurements at the Mainz Microtron2020

    • 著者名/発表者名
      Patrick Achenbach et al. (SNN 12of 14), the A1 Collaboration
    • 雑誌名

      Hadron Spectroscopy and Structure

      巻: - ページ: 713-717

    • DOI

      10.1142/9789811219313_0123

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Study of the nnΛ state and Λn interaction at Jefferson Lab2021

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Itabashi et al.
    • 学会等名
      Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Search for NΔ resonance state via the exclusive measurement of γd → dπ+π- reaction2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Toyama et al.
    • 学会等名
      Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Q2~0.5 (GeV/c)2におけるハイペロン電磁生成の超前方微分断面積測定2021

    • 著者名/発表者名
      奥山和樹 他 JLab Hypernuclear Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会2021年年次大会
  • [学会発表] JLabにおける中重ラムダハイパー核分光実験のためのターゲットシステムのデザイン2021

    • 著者名/発表者名
      中村雄紀 他 JLab Hypernuclear Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会2021年年次大会
  • [学会発表] JLabにおけるラムダハイパー核分光実験のためのK中間子識別用水チェレンコフ検出器の刷新 (2)2021

    • 著者名/発表者名
      秋山タケル 他 JLab Hypernuclear Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会2021年年次大会
  • [学会発表] 電子光理学研究センターBM4ビームライン光子標識化装置の開発2021

    • 著者名/発表者名
      水野柾哉 他 JLab Hypernuclear Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会2021年年次大会
  • [学会発表] 高エネルギー電子加速器を用いた奇妙な粒子(ストレンジネス) 生成反応の研究2021

    • 著者名/発表者名
      奥山和樹
    • 学会等名
      東北大学理学・生命合同シンポジウム2021
  • [学会発表] Isospin dependence study of potassium hypernuclei via the high-resolution mass spectroscopy at JLab.2020

    • 著者名/発表者名
      Sho Nagao, Satoshi N Nakamura, Franco Garibaldi, Pete Markowit, Joerg Reinhold, Liguang Tang, Guido Urciuoli
    • 学会等名
      American Physical Society, 2020 Fall Meeting of APS Div. of Nucl. Phys.
    • 国際学会
  • [学会発表] Status of the experiment of Lambda-n interaction measrement via FSI egffect in gamma+d reaction at ELPH, Tohoku Univ.2020

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kaneta, Takeru Akiyama, Hiroyuki Fujioka, Tomomasa Fujiwara, Kenji Fukada, Kousuke Itabashi, Masaya Mizuno, Sho Nagao, Satoshi N. Nakamura, Yuki R. Nakamura, Kazuki Okuyama, Yuichi Toyama, Keita Uehara, Hiroo Umetsu
    • 学会等名
      American Physical Society, 2020 Fall Meeting of APS Div. of Nucl. Phys.
    • 国際学会
  • [学会発表] Inclusive measurement of strangeness photo-production and NΔ resonance state search on a deuterium target2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Toyama, Masashi Kaneta, Sho Nagao, Satoshi N, Nakamura for NKS2 collaboration
    • 学会等名
      American Physical Society, 2020 Fall Meeting of APS Div. of Nucl. Phys.
    • 国際学会
  • [学会発表] Short overview on planned hypernucleus activities at Jlab2020

    • 著者名/発表者名
      S.N.Nakamura
    • 学会等名
      Joint THEIA-STRONG2020 and JAEA/Mainz REIMEI Web-Seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hypernuclear Physics at JLab in the 12GeV era2020

    • 著者名/発表者名
      S.N.Nakamura
    • 学会等名
      JLab Hypernuclear Workshop 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Strategy for the next hypernuclear experiment at JLab2020

    • 著者名/発表者名
      S.N.Nakamura
    • 学会等名
      Workshop on electro- and photo-production of hypernuclei 2020 (NPI, Rez, Czech)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] nnΛ探索実験の現状2020

    • 著者名/発表者名
      中村哲
    • 学会等名
      九州大学原子核理論グループセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Differential cross section of the p(e,e'K+)Λ/Σ0 reaction at Q2~0.5 [(GeV/c)2]2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Okuyama et al.
    • 学会等名
      American Physical Society, 2020 Fall Meeting of APS Div. of Nucl. Phys.
    • 国際学会
  • [学会発表] Inclusive measurement of strangeness photo-production and N$\Delta$ resonance state search on a deuterium target2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Toyama et al.
    • 学会等名
      American Physical Society, 2020 Fall Meeting of APS Div. of Nucl. Phys.
    • 国際学会
  • [学会発表] Development and Performance of Cherenkov Detectors for Spectroscopy of Medium-Heavy Λ Hypernuclei at Jlab2020

    • 著者名/発表者名
      Takeru Akiyama et al.
    • 学会等名
      Young Researchers’ Session, SNP School 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a new ToF counter with MPPC for Λ hypernuclei experiments at ELPH2020

    • 著者名/発表者名
      Tomomasa Fujiwara et al.
    • 学会等名
      Young Researchers’ Session, SNP School 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis status of (_ ^3)H(e,e^' K^+)X at Jlab2020

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Itabashi et al.
    • 学会等名
      Young Researchers’ Session, SNP School 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] ELPHにおけるΛハイパー核実験のためのMPPCを用いた新ToF測定器の開発2020

    • 著者名/発表者名
      藤原友正 他NKS2コラボレーション
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] JLabにおけるnnΛ探索実験の解析現状2020

    • 著者名/発表者名
      板橋浩介 他 JLab Hypernuclear Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [備考] 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

    • URL

      https://member.ipmu.jp/SpaceTech_to_QuantumBeam/

  • [備考] 東北大学大学院理学研究科物理学専攻ストレンジネス核物理グループ

    • URL

      https://lambda.phys.tohoku.ac.jp/strangeness/

  • [備考] 東京大学大学院理学系研究科物理学専攻原子核実験グループ中村研究室

    • URL

      https://www.nex.phys.s.u-tokyo.ac.jp/

  • [備考] 電荷をもたない奇妙な原子核の高精度探索 ―ラムダ-中性子-中性子の三体系―

    • URL

      https://www.sci.tohoku.ac.jp/news/20220308-11965.html

  • [学会・シンポジウム開催] 9th International School for Strangeness Nuclear Physics (SNP School 2020)2020

  • [学会・シンポジウム開催] JLab Hypernuclear Collaboration Meeting2020

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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