HERMESによる陽子と中性子のスピン構造の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440073
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 柴田 利明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (80251601)
• 研究分担者: 宮地 義之 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (50334511)
• キーワード: スピン / 陽子 / 中性子 / クォーク / 電子散乱 / 素粒子 / 構造関数 / グルーオン

研究概要

本研究の目的は、陽子および中性子のスピン1/2が、クォークとグルーオンによりどのようにしてつくられているか、を解明することである。陽子および中性子のスピンに対してクォークのスピンの寄与が小さいことが15年前に発見されて、「核子のスピンの問題」と呼ばれている。本研究では、新しい実験手法を用いてこの問題に取り組んだ。
実験は、DESY(ドイツ電子シンクロトロン研究所)においてHERMES実験として行った。高エネルギーの電子ビームと偏極陽子ないし中性子の非弾性散乱実験である。HERMESからの実験データは、東工大にあるデータ解析拠点に逐次送られてくるので、それらのデータを解析した。一方で、DESYにおいて、測定器の一部であるゲインモニタリング・システムのレーザーの運転も担当した。
今年度の研究実績としてまず挙げられるのは、横偏極陽子標的を用いた実験において、1)クォークの横偏極に関する新しい構造関数を決定する可能性が示されたこと、2)クォークの軌道角運動量が陽子のスピンに寄与していることを示唆するデータが得られたことである。これらはいずれも世界で初めての結果である。
今年度は、ドイツから学振外国人特別研究員(ポストドク)が当研究室に着任したため、大学院生を含む研究グループを形成して集中的にデータ解析を行った。それにより、上記のスピン物理について顕著な進展があったほか、その解析に常に使うハドロンのfragmentation functionについても、非偏極の密度の高い標的を用いて測定を行うことができた。

研究成果

• [文献書誌] A.Airapetian et al.: "Quark Fragmentation to π^<+/->, π^0, K^<+/->, p and p^^- in the Nuclear Environment"Phys.Lett.B. 577. 37-46 (2003)
• [文献書誌] A.Airapetian et al.: "Measurement of Single-spin Azimuthal Asymmetries in Semi-inclusive Electroproduction of Pions and Kaons on a Longitudinally Polarized Deuterium Target"Phys.Lett.B. 562. 182 (2003)
• [文献書誌] A.Airapetian et al.: "Double-spin Asymmetries in the Cross Section of Diffractive ρ^0 and φ Production at Intermediate Energies"Eur.Phys.J.C. 29. 171-179 (2003)
• [文献書誌] A.Airapetian et al.: "Q^2 Dependence of Nuclear Transparency for (In)coherent ρ^0 Production"Phys.Rev.Lett.. 90. 052501 (2003)
• [文献書誌] A.Airapetian et al.: "The Q^2 Dependence of the Generalized Gerasimov-Drell-Hearn Sum Rule for the Proton and the Neutron"Eur.Phys.Jour.C. 26. 527-538 (2003)
• [文献書誌] A.Airapetian: "Evidence for Quark-Hadron Duality in the Proton Spin Asymmetry"Phys.Rev.Lett.. 90. 092002 (2003)