光子ビームによるエキゾティックな 6 クォーク粒子「ダイバリオン」の研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01902
• 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): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ダイバリオン / ハドロン分光 / ハドロン間相互作用

研究実績の概要

6 つのクォークからなるエキゾティックな粒子「ダイバリオン」は、 半世紀も前に予言されたにも関わらず、これまでその存在が確認されてこなかった。しかし2009 年のスウェーデン CELSIUS/WASA 共同実験者が陽子・中性子衝突反応でダイバリオン d*(2380) を発見したのに引き続き、我々は重陽子標的に対して終状態が 2 つの中性πメソンと重陽子になる光生成反応で、ダイバリオンを新たに 3 つ発見することに成功した。
本研究の目的は、これらの新たに発見したダイバリオンの性質を詳細に調べ、存在するダイバリオンの系統性から、強い力で相互作用するクォーク・グルーオンの複合粒子「ハドロン」がどのように構成されるかを解明することにある。ダイバリオンの生成断面積は小さいためバックグラウンドに対して有意に観測することは非常に難しいが、重陽子標的に対して 2 つの中性メソンと重陽子を終状態とする光生成反応はバックグラウンドを抑制するのに最適である。そこでγd→π0π0d反応およびγd→π0ηd反応でダイバリオンの光生成を確認する。
本年度は、γd→π0ηd反応イベントの解析を行い、ηd部分系の閾値近傍での相関状態やπd共鳴状態と見られるダイバリオンの観測に成功した。πd系のダイバリオンはγd→π0π0d反応の部分系で見られたものと同じと考えられる。一方、ηd部分系で見られた相関状態は、共鳴状態ではなく、浅い束縛状態か仮想状態であると考えられ、ηd間の相互作用がそれなりに強い引力であることを示唆していた。これらの結果を査読付き学術論文二本にまとめあげた。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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] Coherent photoproduction of the neutral-pion and η-meson on the deuteron at incident energies below 1.15 GeV (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, A. Fix et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 105 ページ: 045201-1,12
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.105.045201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SPring-8 LEPS2 beamline: A facility to produce a multi-GeV photon beam via laser Compton scattering (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Muramatsu, T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: arXiv:2112.07832 巻: 2112 ページ: 07832-1,25
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] K－d→πΛN reaction for studying charge symmetry breaking in the ΛN interaction (2022)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Iizawa, Daisuke Jido, Takatsugu Ishikawa
  • 雑誌名: arXiv:2201.06737 巻: 2201 ページ: 06737-1,13
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Resonance-like structure near the ηd threshold in the γd→ηd reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 104 ページ: L052201-1,6
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.L052201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous timing measurement using a data-streaming DAQ system (2021)
  • 著者名/発表者名: Honda Ryotaro、Aramaki Takashi、Asano Hidemitsu、Akaishi Takaya、Chang W C、Igarashi Youichi、Ishikawa Takatsugu、Kajikawa Shunsuke、Ma Yue、Nagai Kei、Noumi Hiroyuki、Sako Hiroyuki、Shirotori Kotaro、Takahashi Tomonori
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 123H01-1,20
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab128
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Coherent Neutral Pion and eta Meson Photoproduction on the Deuteron (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Takatsugu、for the FOREST collaboration
  • 雑誌名: Few-Body Systems 巻: 62 ページ: 35-1,5
  • DOI: 10.1007/s00601-021-01621-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of the J-PARC Hadron Experimental Facility: Third White Paper (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Aoki, Takatsugu Ishikawa et al. (Taskforce on the extension of the Hadron Experimental Facility)
  • 雑誌名: arXiv: 2110.04462 巻: 2110 ページ: 04462-1,268
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Search for NΔ Resonance State Via the Exclusive Measurement of γd→dπ+π- Reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: Toyama Y.、Ishikawa T.、Kanda H.、Kaneta M.、Maeda K.、Muroi Y.、Nagao S.、Nakamura S. N.、For the NKS2 Collaboration
  • 雑誌名: Few-Body Systems 巻: 63 ページ: 15-1,6
  • DOI: 10.1007/s00601-021-01719-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of high-rate capabilities of CITIROC1A and PETIROC2A ASICs (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Honda, T. Ishikawa, S. Kajikawa, Y. Kimura, H. Noumi, K. Shirotori, R. Tatsumi, and N. Tomida
  • 雑誌名: ELPH Annual Report 2020, Tohoku University 巻: 2020 ページ: 13,23
• [雑誌論文] Current status of the FOREST/BLC experiments at ELPH (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, K. Aoki, H. Fujioka, Y. Honda, T. Hotta, K. Itahashi, H. Kanda, H. Kawai, K. Maeda, Y. Matsumura, M. Miyabe, S. Miyata, N. Muramatsu, H. Ohnishi, K. Ozawa, Y. Sada, H. Shimizu, M. Tabata, A.O. Tokiyasu, and Y. Tsuchikawa
  • 雑誌名: ELPH Annual Report 2020, Tohoku University 巻: 2020 ページ: 71,75
• [雑誌論文] Testing a prototype plastic scintillator hodoscope for the J-PARC E50 experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, M. Miyabe, H. Noumi2;, H. Ohnishi, Y. Sada, K. Shirotori, A.O. Tokiyasu, and C. Yoshida
  • 雑誌名: ELPH Annual Report 2020, Tohoku University 巻: 2020 ページ: 77,80
• [雑誌論文] Coherent photoproduction of the neutral pion and eta meson on the deuteron (II) (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: ELPH Annual Report 2020, Tohoku University 巻: 2020 ページ: 81,84
• [学会発表] Non-strange dibaryon resonances explored at J-PARC (2022)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Ishikawa
  • 学会等名: Second International Workshop on the Extension Project for the J-PARC Hadron Experimental Facility (2nd J-PARC HEF-ex WS)
  • 国際学会
• [学会発表] π-ビームを使った陽子標的でのηメソン生成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: J-PARCハドロン研究会2022
• [学会発表] 閾値近傍における重水素標的でのコヒーレントπ^0 η光生成反応 (II) (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
• [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: The 19th International Conference on Hadron Spectroscopy and Structure in memoriam Simon Eidelman (HADRON 2021)
  • 国際学会
• [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: the 24th International Spin Symposium (SPIN2021)
  • 国際学会
• [学会発表] ηメソンと重陽子の結合状態の観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 第7回クラスター階層領域研究会
• [学会発表] γd→π0 π0 π0 d反応に見られるd* (2380)ダイバリオンのシグナル (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: ELPH workshop C031 (多彩なビーム実験と多様な理論的手法で迫るハドロン間相互作用)
• [学会発表] ハドロン実験用電磁カロリメータの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 測定器開発プラットフォーム& テストビームライン研究会
• [学会発表] J-PARC E50 実験前方ホドスコープ用プラスチックシンチレータの時間分解能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2021 年秋季大会, オンライン
• [学会発表] γd→π0 π0 π0 d反応に見られるd* (2380)ダイバリオンのシグナル (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川貴嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2021 年秋季大会, オンライン
• [備考] ηメソンと重陽子の結合状態の観測に成功
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/11/press20211130-03-meson.html
• [備考] 光子ビームによるダイバリオン状態の研究
  • URL: http://apollo.lns.tohoku.ac.jp/hadron/mbr/ishikawa/j2021c.html