波動関数と複合性から迫るハドロン共鳴状態の分子的構造の研究

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17649
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 関原 隆泰 大阪大学, 核物理研究センター, 特別研究員(PD) (20635693)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ハドロン分子状態 / 複合性 / 波動関数 / 共鳴状態 / エキゾチックハドロン / 強い相互作用 / 量子色力学 / カイラル対称性

研究実績の概要

本研究の目的は、いわゆるエキゾチックハドロンの中でも特にハドロン分子状態を取り上げ、その構造の理解と解明を「複合性」をキーワードとして探究する事である。複合性は、ハドロン共鳴状態を構成する全波動関数のうちの 2 体状態波動関数のノルムとして定義される。平成 27 年度は、主に複合性の理論的整備とその実験的決定可能性の議論、及び新しいハドロン分子状態候補の提案を行った。
(1) 任意の相互作用に対して、散乱振幅に存在する共鳴極の位置と留数から波動関数と複合性を引き出す手法を確立した。そして、ハドロン有効模型の一つであるカイラルユニタリー模型で得られた Λ(1405) と f0(980) が、それぞれ反 K 中間子-核子及び K 中間子-反 K 中間子束縛状態であることを示した。また、同じ模型で Δ(1232) が無視できない πN 分子的成分を含む一方で、N(1535) と N(1650) にはそのような寄与が小さいことを明らかにした。
(2) 二つのスカラー中間子 a0(980) と f0(980) の混合強度からこれらのスカラー中間子の K 中間子-反 K 中間子複合性を決定する方法を提案した。実際に測定された混合強度から、二つのスカラー中間子のうちのどちらかは K 中間子-反 K 中間子分子状態ではない、ということを明らかにした。
(3) D 中間子や B 中間子など、重いメソンのセミレプトニック崩壊とハドロン-ハドロン散乱の関係性を議論した。
(4) Ξ(1690) 共鳴状態が反 K 中間子と Σ バリオンの分子状態である可能性を複合性の観点から指摘した。
(5) 高エネルギー領域におけるクォーク計数則に着目して、実験グループ CLAS によって測定された Λ(1405) 光生成断面積から Λ(1405) の内部クォーク数の計測を試みた。

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

当初の計画に加えて、幾つかの予期しない発見があった。有効模型であるカイラルユニタリー模型を用いて、Δ(1232) が無視できない πN 複合性、つまり無視できない πN 分子的成分を含む事を確認した。Ξ(1690) 共鳴状態が反 K 中間子と Σ バリオンの分子状態である可能性を複合性の観点から指摘した。また、複合性に関連して、D 中間子のセミレプトニック崩壊とハドロン-ハドロン散乱の関係性を議論し、f0(980) がストレンジクォーク対の成分を含む一方で f0(500) がそのような成分を持たないことを示した。
以上を鑑みて、本研究は当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

平成 27 年度の研究を踏まえ、Ξ(1690) 共鳴状態の生成断面積と複合性の関係、コンパクトなハドロンとハドロン分子状態の輻射崩壊の一般的な性質の違い、格子 QCD における複合性の理論的整備、などの研究に着手した。今後、それぞれの研究をまとめるたびに論文を執筆し、研究成果を発表していきたい。

次年度使用額が生じた理由

数値計算用のパソコンが想定よりも安く購入できたので、使用額が計画当初と異なった。

次年度使用額の使用計画

平成 28 年度は、MENU 2016、INPC 2016 などの重要な国際会議が国内外で多く開催されるので、それらに出席して本研究課題の研究成果を報告する。

研究成果

• [国際共同研究] バレンシア大学/バルセロナ大学(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: バレンシア大学/バルセロナ大学
• [国際共同研究] サンパウロ大学(ブラジル)
  • 国名: ブラジル
  • 外国機関名: サンパウロ大学
• [国際共同研究] 中央研究院(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 中央研究院
• [雑誌論文] Constituent-counting rule in photoproduction of hyperon resonances (2016)
  • 著者名/発表者名: W.-C. Chang, S. Kumano and T. Sekihara
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 93 ページ: 034006
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.93.034006
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compositeness of baryonic resonances: Application to the Δ(1232), N(1535), and N(1650) resonances (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sekihara, T. Arai, J. Yamagata-Sekihara and S. Yasui
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 93 ページ: 035204
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.93.035204
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Weak decays of heavy hadrons into dynamically generated resonances (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Oset, W.-H. Liang, M. Bayar, J.-J. Xie, L. R. Dai, M. Albaladejo, M. Nielsen, T. Sekihara, F. Navarra, L. Roca, M. Mai, J. Nieves, J. Morais Dias, A. Feijoo, V. K. Magas, A. Ramos, K. Miyahara, T. Hyodo, D. Jido, M. Döring, R. Molina, H.-X. Chen, E. Wang, L. Geng, N. Ikeno, P. Fernández-Soler and Z. F. Sun
  • 雑誌名: Int. J. of Mod. Phys. E 巻: 25 ページ: 1630001
  • DOI: 10.1142/S0218301316300010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive analysis of the wave function of a hadronic resonance and its compositeness (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sekihara, T. Hyodo and D. Jido
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys. 巻: 2015 ページ: 063D04
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv081
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Testing the molecular nature of Ds0*(2317) and D0*(2400) in semileptonic Bs and B decays (2015)
  • 著者名/発表者名: F. S. Navarra, M. Nielsen, E. Oset and T. Sekihara
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 92 ページ: 014031
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.92.014031
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Constraint on K Kbar compositeness of the a0(980) and f0(980) resonances from their mixing intensity (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sekihara and S. Kumano
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 92 ページ: 034010
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.92.034010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ξ(1690) as a Kbar Σ molecular state (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sekihara
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys. 巻: 2015 ページ: 091D01
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv129
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigating the nature of light scalar mesons with semileptonic decays of D mesons (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sekihara and E. Oset
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 92 ページ: 054038
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.92.054038
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Internal Structure of Exotic Hadrons by High-Energy Exclusive Reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kawamura, S. Kumano and T. Sekihara
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 8 ページ: 022005
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.022005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Determining Compositeness of Hadronic Resonances: the Λ(1405) Radiative Decay and the a0(980)- f0(980) Mixing (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sekihara and S. Kumano
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 8 ページ: 022006
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.022006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] The fate of the dynamically generated N(1535), N(1650), Λ(1405), and Ξ(1690) resonances in chiral dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: 関原隆泰
  • 学会等名: 日本物理学会第 71 回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学(宮城県、仙台市)
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Investigating the nature of scalar mesons with semi-leptonic decays of heavy mesons (2016)
  • 著者名/発表者名: 関原隆泰
  • 学会等名: 日本-スペイン二国間交流事業に関する研究会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都、目黒区)
  • 年月日: 2016-02-20 – 2016-02-20
• [学会発表] Wave functions and compositeness for hadron resonances from the scattering amplitude (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayasu Sekihara
  • 学会等名: The 31st Reimei WorkShop on Hadron Physics in Extreme Conditions at J-PARC
  • 発表場所: KEK東海(茨城県、東海村)
  • 年月日: 2016-01-18 – 2016-01-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ξ(1690) as a Kbar Σ molecular state (2015)
  • 著者名/発表者名: 関原隆泰
  • 学会等名: KEK 理論センター研究会「原子核・ハドロン物理の理論的課題と将来」
  • 発表場所: KEKつくば(茨城県、つくば市)
  • 年月日: 2015-11-24 – 2015-11-26
• [学会発表] η’-N 束縛状態の光生成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 関原隆泰
  • 学会等名: 滞在型研究会 原子核媒質中のハドロン研究 III
  • 発表場所: KEK東海（茨城県、東海村)
  • 年月日: 2015-10-19 – 2015-10-20
• [学会発表] Ξ(1690) as a Kbar Σ molecular state (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayasu Sekihara
  • 学会等名: HYP2015
  • 発表場所: 東北大学(宮城県、仙台市)
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Investigating the nature of scalar mesons with semi-leptonic decays of heavy mesons (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayasu Sekihara
  • 学会等名: チャームハドロンの構造と相互作用
  • 発表場所: KEK東海（茨城県、東海村)
  • 年月日: 2015-08-05 – 2015-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Ξ(1690) as a Kbar Σ molecular state (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayasu Sekihara
  • 学会等名: Hadron Nuclear Physics 2015
  • 発表場所: クラビ、タイ
  • 年月日: 2015-07-07 – 2015-07-11
  • 国際学会
• [学会発表] Ξ(1690) as a Kbar Σ molecular state (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayasu Sekihara
  • 学会等名: 1st Hadron Spanish Network Days and Spanish-Japanese JSPS Workshop
  • 発表場所: バレンシア大学、スペイン
  • 年月日: 2015-06-15 – 2015-06-17
  • 国際学会
• [学会発表] Compositeness of the Δ(1232) resonance in πN scatterings (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayasu Sekihara
  • 学会等名: 国際会議 NSTAR2015
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府、吹田市)
  • 年月日: 2015-05-25 – 2015-05-28
  • 国際学会
• [備考] Takayasu SEKIHARA @ RCNP
  • URL: https://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~sekihara/index.php