| 研究領域 | 実験と観測で解き明かす中性子星の核物質 |
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| 研究課題/領域番号 |
24105003
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
田村 裕和 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10192642)
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| 研究分担者 |
阪口 篤志 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70205730)
應田 治彦 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 研究員 (60221818)
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| 研究期間 (年度) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| キーワード | ハイペロン核子散乱 / 中性子過剰ハイパー核 / ハイパー核γ線分光 / Σハイパー核 / ハイペロン核子相互作用 / 荷電対称性の破れ / K中間子原子核 / K-pp |
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| 研究実績の概要 |
(1)Σ陽子散乱実験(J-PARC E40)用の散乱陽子検出器群(CATCH)の開発を引き続き行った。円筒形ファイバー検出器(CFT)は全8層中5層を完成させた。CFTの作製方法を改善した結果、螺旋層とストレート層に対し各々96%と98%の十分な検出効率を得た。BGOカロリメータはPMTのHVを低く設定して高計数率下の増幅率低下を防ぐ改良を行い、700kHzの計数率でも80MeVの陽子に対し1.4%と十分な分解能を得た。液体水素標的の開発にも成功した。
(2a)取得済のJ-PARC E10-1実験データを用いて中性子過剰ハイパー核探索とΣ-原子核相互作用の研究を行った。また関連の深いΣハイパー核4ΣHeの励起状態探索実験を検討し、標的周りのPWO検出器の読出し系を改良して、E13実験のビームタイムでデータを取得した。データ解析中だが4ΣHe基底状態のピークは十分な統計量で観測できた。
(2b)ハイパー核γ線分光実験(J-PARC E13)を実施した。4He標的の実験で4ΛHe(1+→0+)のγ線を観測した。そのエネルギー1.406MeVは鏡像ハイパー核の4ΛH(1+→0+)エネルギー1.09 MeVと大きく異なり、Λ核子相互作用の大きな荷電対称性の破れの発見として論文発表した。この荷電対称性の破れの存在は1960年代に示唆され長年謎とされていたが、これが本実験により確定した。また19F標的の実験では19ΛFのγ線を数本観測した。
(3)取得済のJ-PARC E15実験の最初のデータを用い3He(K-,n)の包括スペクトルとΛp+n(missing)チャンネルを解析した。Λpn終状態ではΛpのinvariant massでK-pp閾値の僅か束縛側に幅の広い状態の存在を示唆するデータを得て結果を公表した。またこのΛpn状態の統計を数十倍に改善すべくE15の一層のデータ収集を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
(1) E40実験は準備の進展が認められ、J-PARCのPACにてstage2の承認を得ることができた。CFTの検出器本体は60%の製作を終え、MPPCの読み出しシステムは既に完成しており、製作が完了したCFTの層毎に性能評価を行っている。BGOカロリメーターの整形増幅回路の開発にも成功した。
(2a) E10-1実験のデータ及び理論解析は順調に進んだ。データ解析手法の改善により、(π-,K+) 二重荷電交換反応におけるバックグラウンドを大幅に低減できた。また、当初予定されていなかったΣハイパー核4ΣHeの励起状態探索実験を検討・実施することで、二重荷電交換反応機構と関連が深いΣ-原子核相互作用の情報を含むデータが取得できた。これらの成果は国際会議で発表した。
(2b) 2年近くにわたり停止していたJ-PARCハドロン施設が4月下旬に運転再開したが、その直後に実施したE13の4He標的ランでは順調にデータを取得できた。解析プログラムを事前に開発していたため、取得したデータを即座に解析でき、7月には荷電対称性の大きな破れを発見した。種々の国際会議で発表し、11月にはPhysical Review Letter誌に発表(Editors' choiceに選定)、東北大, KEK, J-PARC, JAEAの4者でプレスリリースを行った。また、19F標的の実験も6月に順調に行ない、データはまだ解析中ながら、初めての19ΛFのγ線の観測に成功し、国際会議で発表した。
(3) 2015年12月までにE15実験のデータ収集が順調に進み、目的としていたデータ量を収集することができた。3He(K-,n)反応の包括スペクトルで統計は7倍程度Λp+n(missing massで同定）終状態の統計は発表すみの論文の40倍以上に向上できる見込みで、現在精力的に解析を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)CFTは、今年度前半に製作を終え、読出し用MPPCの動作電圧等を決定して多チャンネル読出し系を完成させ、宇宙線で検出効率や位置分解能を測定する。BGOカロリメーターは、フレーム製作と読出し系構築を行い全体を完成させる。その後両者を組み合わせたCATCHシステムを組み、東北大サイクロで陽子陽子･陽子重陽子散乱実験を行い、システムの性能評価として散乱事象の同定能や微分断面積の導出を行う。一方K+同定用チェレンコフカウンターの製作･評価を行い磁気スペクトロメーター系も準備し、本実験に備える。
(2a)E10-1実験のデータ解析と理論解析を完了し、結果を学術論文および国際会議で公表する。Σハイパー核4ΣHeのデータ解析を終了し、国際会議等で公表する。E10-2実験用の超高計数率ビーム検出器を製作し性能試験を行う。
(2b)E13実験で取得した19ΛFのデータ解析を進め、このハイパー核のレベル構造を確定する。その結果を理論家と検討し、Λ核子相互作用の情報を引き出す。またE13実験で得た4ΛHeのデータ解析をさらに進め、ハイパー核生成断面積などの情報を引き出す。いずれも論文および国際会議発表を行う。また、4ΛHeで得られた荷電対称性の破れの解明のために行う4ΛHの実験(E63)の準備を進める。
(3)2016年にJ-PARC E31本実験のデータ収集が予定されている。これはE15の3He標的を重陽子に代えたd(K-,n)反応により直接Λ(1405)を生成するもので、E15実験のデータ解釈にとって重要である。また関連して3He/重陽子のK-中間子原子からのX線を精密測定する実験のため、K1.8BRラインのビーム調整用の測定器開発を行う。E15,E31等の結果をまとめて発表する。
それぞれの成果を新学術領域D01班の理論家と分析し、中性子星核物質を支配する状態方程式の作成に結びつける。
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