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2019 年度 実績報告書

高次ゆらぎと粒子相関による高密度クォーク核物質の1次相転移と臨界点観測への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 19H05598
研究機関筑波大学

研究代表者

江角 晋一  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (10323263)

研究分担者 北澤 正清  大阪大学, 理学研究科, 助教 (10452418)
研究期間 (年度) 2019-06-26 – 2024-03-31
キーワードクォーク・グルーオン・プラズマ / 高エネルギー重イオン衝突 / クォーク・ハドロン・QCD相図 / QCD臨界点 / 1次相転移
研究実績の概要

アメリカ・ブルックヘブン国立研究所の相対論的重イオン加速器RHICを用いた衝突ビームエネルギー走査実験を推進し、宇宙初期から中性子内部に渡る高温・高密度のクォーク・核物質のQCD相構造を調査するために、実験的研究を行ってきた。これまでに行ってきた衝突実験データの解析を行うことにより、特に正味の陽子数分布の高次形状を用いた保存量揺らぎと1次の指向的集団運動の衝突エネルギー依存性の測定において、QCD臨界点および1次相転移の兆候と思われる信号を観測した。
これらの測定の精査を行うとともに最終結果を導くための物理解析を行い、2019年度から本格的に第2期衝突ビームエネルギー走査実験を開始し、本測定のために準備してきた反応平面検出器、インナーTPC検出器、エンドキャップ飛行時間測定器による前方領域へ測定立体角の拡大を実現した。衝突型加速器によってこれまでと同様に衝突実験モードでの測定を、特に重心系核子対あたり20GeV領域以下で行い、さらにビームパイプの中に設置した固定標的と片側のビーム原子核による衝突実験モードを実施し、さらに低い重心系衝突エネルギーでの測定・データ収集実験を行った。
上述の新たに導入した検出器や測定モードによる実験的測定・データ較正・物理データ解析を行い、物理結果を出す準備を行った。特に、保存量の高次揺らぎを測定するための多粒子同時測定時の検出器効率に関する補正の技術的な問題を解決するための手法の開発を行った。したがって、今後の衝突実験データ収集と物理解析を進めるための基盤ができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

保存量のゆらぎと多粒子相関の物理解析によるQCD臨界点と1次相転移の実験的探索研究を予定通り推進する事ができた。特に検出器の立体角を増強を完了し、第2期衝突ビームエネルギー走査実験を開始し、これまでに本計画研究の全期間に予定していた約半分程度の実験期間分に相当する衝突実験データ収集を完了した。
2019年度の後半から始めた2回目の測定の途中で、コロナウイルスCOVID-19のためニューヨーク州に緊急事態宣言が発令され予期せぬ実験の中断となったが、今後数年間の実験計画により予定している実験の遂行が可能になると期待できる。
これらの衝突実験データ収集と共に、これまでに収集してきた衝突実験データを用いた保存量のゆらぎと多粒子相関に関する物理解析やそのための準備は予定通り進んでおり、検出器による測定の補正に関する技術的な問題を解決するための物理解析手法の開発などを行い、臨界点や1次相転移の探索を進めるための研究を推進できた。

今後の研究の推進方策

これまでにBNL研究所のRHIC加速器を用いて行ってきた衝突ビームエネルギー走査実験によって得られた実験データを用いて、クォーク・核物質のQCD相図上にあると期待される臨界点や1次相転移を探索するための物理解析を行い、また第2期ビームエネルギー走査実験における衝突データ収集実験を行う。
これまでに蓄積してきた知識・技術を用いて、保存量のゆらぎと多粒子相関による集団的運動に関する物理解析を推進し、第1期ビームエネルギー走査実験による最終物理結果をまとめると共に、特に前方領域に拡張した粒子検出領域を含めた第2期走査実験からの高統計の実験データの解析準備・補正を進める。検出器効率の補正に関する技術的な問題を解決するための新たな物理データ解析手法を試みる。揺らぎの物理においては分布を再構成する手法を、保存量分布および温度分布の高次揺らぎ測定に適応する。新たに導入した前方領域の検出器を含めて、広い運動学的領域で指向的方位角異方性を持った集団運動の様子を多粒子相関の手法を用いて測定し、衝突系の流体的膨張や時空発展を観測する。核子対あたりの重心系の衝突エネルギー20GeV領域は臨界点及び1次相転移に最も近い可能性があるため、先ずはその領域において収集した高統計のデータに注目した実験データ解析を推進する。また、固定標的衝突モードにより収集した実験データを用いて、将来的に、より高密度領域で行う研究のための準備的研究を進める。
これらの測定により高い統計的精度に加えて、実験的測定やデータ解析手法から来る系統的精度を改善して、特に高密度領域におけるクォーク・核物質のQCD相図の新たな構造を探索する。

  • 研究成果

    (49件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (26件) (うち国際共著 24件、 査読あり 26件、 オープンアクセス 25件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 8件、 招待講演 13件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Brookhaven National Laboratory/Lawrence Berkeley National Laboratory/Wayne State University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Brookhaven National Laboratory/Lawrence Berkeley National Laboratory/Wayne State University
    • 他の機関数
      24
  • [国際共同研究] Central China Normal University/Univ. of Sci. and Technology of China/Shandong University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Central China Normal University/Univ. of Sci. and Technology of China/Shandong University
    • 他の機関数
      4
  • [国際共同研究] University of Heidelberg/Frankfurt Inst. for Adv. Studies (FIAS)/Technische Univ. Darmstadt(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Heidelberg/Frankfurt Inst. for Adv. Studies (FIAS)/Technische Univ. Darmstadt
    • 他の機関数
      1
  • [国際共同研究] Nat. Inst. of Sci. Edu. and Research/Panjab University/Indian Inst. of Sci. Edu. and Res. IISER(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      Nat. Inst. of Sci. Edu. and Research/Panjab University/Indian Inst. of Sci. Edu. and Res. IISER
    • 他の機関数
      4
  • [国際共同研究] Joint Institute for Nuclear Research/Nat. Res. Nuclear University MEPhI/Inst. of High Energy Physics - Protvino(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Joint Institute for Nuclear Research/Nat. Res. Nuclear University MEPhI/Inst. of High Energy Physics - Protvino
    • 他の機関数
      1
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      8
  • [雑誌論文] Bulk properties of the system formed in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 14.5 GeV at the BNL STAR detector2020

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 101 ページ: 024905

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.024905

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nuclear-modification factor of charged hadrons at forward and backward rapidity in p + Al and p + Au collisions at sqrt(sNN) = 200GeV2020

    • 著者名/発表者名
      Aidala C.、Esumi S.、他、PHENIX Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 101 ページ: 034910

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.034910

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Beam-energy dependence of identified two-particle angular correlations in sqrt(sNN) = 7.7 - 200 GeV Au+Au collisions2020

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 101 ページ: 014916

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.014916

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mapping the phases of quantum chromodynamics with beam energy scan2020

    • 著者名/発表者名
      Bzdak Adam、Esumi ShinIchi、Koch Volker、Liao Jinfeng、Stephanov Mikhail、Xu Nu
    • 雑誌名

      Physics Reports

      巻: 01 ページ: 005

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.physrep.2020.01.005

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurement of the mass difference and the binding energy of the hypertriton and antihypertriton2020

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 16 ページ: 409~412

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41567-020-0799-7

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] J/ψ and ψ(2S) production at forward rapidity in p+p collisions at sqrt(s) = 510 GeV2020

    • 著者名/発表者名
      Acharya U. A.、Esumi S.、他、PHENIX Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 052006

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.101.052006

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Underlying event measurements in p+p collisions at sqrt(s) = 200 GeV at RHIC2020

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 052004

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.101.052004

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] End point of the first-order phase transition of QCD in the heavy quark region by reweighting from quenched QCD2020

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri, S. Itagaki, R. Iwami, K. Kanaya, M. Kitazawa, A. Kiyohara, M. Shirogane, T. Umeda
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 101 ページ: 054505 (1-20)

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.054505

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Issues with Search for Critical Point in QCD with Relativistic Heavy Ion Collisions2020

    • 著者名/発表者名
      M. Asakawa, B. Muller, M. Kitazawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. C

      巻: 101 ページ: 34913 (1-3)

    • DOI

      10.1103/PhysRevC.101.034913

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurement of inclusive J/ψ suppression in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV through the dimuon channel at STAR2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 797 ページ: 134917~134917

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.physletb.2019.134917

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Polarization of Λ (Λbar) Hyperons along the Beam Direction in Au+Au Collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 ページ: 132301

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.132301

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurements of the transverse-momentum-dependent cross sections of J/ψ production at mid-rapidity in proton+proton collisions at sqrt(s) = 510 and 500 GeV with the STAR detector2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: 052009

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.052009

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] First Observation of the Directed Flow of D0 and D0bar in Au+Au Collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 ページ: 162301

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.162301

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of Excess J/ψ Yield at Very Low Transverse Momenta in Au+Au Collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV and U+U Collisions at sqrt(sNN) = 193 GeV2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 ページ: 132302

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.132302

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Beam energy dependence of (anti-)deuteron production in Au + Au collisions at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 99 ページ: 064905

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.99.064905

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Collision-energy dependence of second-order off-diagonal and diagonal cumulants of net-charge, net-proton, and net-kaon multiplicity distributions in Au + Au collisions2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 100 ページ: 014902

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.100.014902

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Volume fluctuation and multiplicity correlation in higher-order cumulants2019

    • 著者名/発表者名
      Sugiura Tetsuro、Nonaka Toshihiro、Esumi ShinIchi
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 100 ページ: 044904

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.100.044904

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurement of charm and bottom production from semileptonic hadron decays in p+p collisions at sqrt(s) = 200 GeV2019

    • 著者名/発表者名
      Aidala C.、Esumi S.、他、PHENIX Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 ページ: 092003

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.99.092003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Azimuthal Harmonics in Small and Large Collision Systems at RHIC Top Energies2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 ページ: 172301

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.172301

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Collision-energy dependence of pt correlations in Au + Au collisions at energies available at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 99 ページ: 044918

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.99.044918

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Centrality and transverse momentum dependence of D0-meson production at mid-rapidity in Au + Au collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 99 ページ: 034908

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.99.034908

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonperturbative-transverse-momentum broadening in dihadron angular correlations in sqrt(sNN) = 200GeV proton-nucleus collisions2019

    • 著者名/発表者名
      Aidala C.、Esumi S.、他、PHENIX Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 99 ページ: 044912

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.99.044912

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The proton-Ω correlation function in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 200GeV2019

    • 著者名/発表者名
      Adam J.、Esumi S.、他、STAR Collaboration
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 790 ページ: 490~497

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.physletb.2019.01.055

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Experiments on High-Energy Heavy-Ion Physics2019

    • 著者名/発表者名
      Esumi ShinIchi
    • 雑誌名

      JPS Conf.Proc.

      巻: 26 ページ: 011011

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSCP.26.011011

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A study of stress-tensor distribution around the flux tube in the Abelian--Higgs model2019

    • 著者名/発表者名
      R. Yanagihara, M. Kitazawa
    • 雑誌名

      PTEP

      巻: 2019 ページ: 093B02 (1-19)

    • DOI

      10.1093/ptep/ptz093

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anisotropic pressure induced by finite-size effects in SU(3) Yang-Mills theory2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa, S. Mogliacci, I. Kolb, W.A. Horowitz
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 99 ページ: 94507 (1-11)

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.99.094507

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 重イオン衝突実験におけるゆらぎを用いたQCD相転移探索2020

    • 著者名/発表者名
      北澤正清
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会 ( 2020/03/16 - 2020/03/19, 名古屋大学, 名古屋 )
    • 招待講演
  • [学会発表] Fluctuation analysis for the STAR experiment --- multi-dimensional unfolding of net-number and temperature including volume fluctuation ---2019

    • 著者名/発表者名
      ShinIchi Esumi
    • 学会等名
      EMMI Workshop, Probing the phase structure of strong interacting matter : theory and experiment
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Beam-energy and collision-system dependence of the linear and mode-coupled flow harmonics from STAR2019

    • 著者名/発表者名
      ShinIchi Esumi for Niseem Abdelrahman
    • 学会等名
      Quark Matter 2019 - the XXVIIIth International Conference on Ultra-relativistic Nucleus-Nucleus Collisions -
    • 国際学会
  • [学会発表] 小さい系・フローの最先端2019

    • 著者名/発表者名
      江角晋一
    • 学会等名
      理研シンポジウム・チュートリアル研究会「高エネルギー重イオン衝突の物理:基礎・最先端・課題・展望」 ( 2019/08/19 - 2019/08/21, 理研, 和光 )
    • 招待講演
  • [学会発表] Flow and Fluctuation : Beam Energy Scan at RHIC2019

    • 著者名/発表者名
      ShinIchi Esumi
    • 学会等名
      拡大Heavy Ion Cafe研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Topological charge on the lattice studied by neural network2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      RCNP Theory Grop Seminar ( 2019/12/02, 大阪大学吹田キャンパスRCNP, 大阪 )
    • 招待講演
  • [学会発表] Critical fluctuations and their evolution, and cumulants2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      Workshop on QCD in the Nonperturbative Regime ( 2019/11/18 - 2019/11/20, TIFR, Mumbai, India )
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Stress-energy-momentum tensor on the lattice2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      the SUBATECH Seminar at IMT Atlantique ( 2019/09/25, SUBATECH, IMT Atlantique, Nantes, France )
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Lattice QCD and QGP2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      HaPhy-CENuM joint workshop: “The Future of lattice studies in Korea” ( 2019/09/06 - 2019/09/07, Pukyong National University, Busan, Korea )
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高密度物質の相構造・ゆらぎ2019

    • 著者名/発表者名
      北澤正清
    • 学会等名
      理研シンポジウム・チュートリアル研究会「高エネルギー重イオン衝突の物理:基礎・最先端・課題・展望」 ( 2019/08/19 - 2019/08/21, 理研, 和光 )
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study of QGP and phase transitions in RHIC2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      2019 ANPhA Symposium “High-energy heavy ion studies in Asia/Pacificand world in coming 10 year” ( 2019/06/28 - 2019/06/29, seogwipo KAL Hotel, Jeju, Korea )
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fluctuations in dense baryonic medium2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      拡大 Heavy Ion Cafe ( 2019/06/22 - 2019/06/23, 上智大学, 東京 )
    • 招待講演
  • [学会発表] Stress tensor on the lattice: multi- & single-quark systems, Casimir Effect, and etc.2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      YITP molecule workshop “Frontiers in Lattice QCD and related topics ( 2019/04/15 - 2019/04/26, 京都大学基礎物理学研究所, 京都 )
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Critical fluctuations in HIC: Theory overview2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kitazawa
    • 学会等名
      the EMMI Rapid Reaction Task Force “Dynamics of critical fluctuations: theory - phenomenology - HIC” ( 2019/04/08 - 2019/04/12, GSI, Dramstadt, Germany )
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 江角晋一 研究ホームページ

    • URL

      http://www.u.tsukuba.ac.jp/~esumi.shinichi.gn/welcome.html

  • [備考] 北沢正清 物理 研究成果概要 ホームページ

    • URL

      http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~masakiyo.kitazawa/physics.html

  • [学会・シンポジウム開催] 理研シンポジウム チュートリアル研究会「高エネルギー重イオン衝突の物理:基礎・最先端・課題・展望」2019

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公開日: 2021-01-27  

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