| 研究課題/領域番号 |
19K03849
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
河野 通郎 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (40234710)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | Ξハイペロン / カイラル有効場理論 / バリオン間相互作用 / 核物質計算 / Ξポテンシャル / Ξ生成実験 / Faddeev計算 / ストレンジネス核物理 |
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| 研究実績の概要 |
私達の日常の世界は、クォークのレベルで存在する６種類のクォークのうち、軽い２つのアップとダウンクォークで構成される陽子と中性子（核子と呼ぶ）が束縛した原子核が基本的な要素である。そこでは、少し重いストレンジクォークの自由度は実在していないが、宇宙の進化過程などで現れる高エネルギーあるいは高密度下での反応過程では役割を果たす。ストレンジクォークを１つ含むΛとΣハイベ口ン、そして２つ含むΞハイペロンと核子や原子核との相互作用を解明することは、クォークが形作るバリオン世界の全体像を理解するための基本的課題である。私は、核子間相互作用に基礎をおいて原子核の構造と反応を微視的に理解する研究を手掛け、対象をΛおよびΣの核媒質内での性質の研究に拡張してきた。その先の課題としてΞハイペロンの問題に取り組む。核媒質中でのΞと核子の相互作用を考えるには、ΛやΣとの結合を考慮しなければならず、これまでの研究の蓄積に基づく総合的な扱いが必須である。近年、バリオン間相互作用の理論的記述に進展があり、クォークレベルの標準理論である量子色力学に基礎を置くカイラル有効場理論を用いたパラメータ化が進み、核子間相互作用について２核子の散乱実験データを精度良く再現する相互作用記述が得られている。その枠組をハイペロンと核子に適用する研究も進んでいる。この研究課題では、その予測性が高いと考えられるパリオン間相互作用を用いて、原子核中でのΞハイペロンの存在様式を理論的に考察する。世界的に、Ξを生成して原子核との相互作用を調べる実験が進行中であり、日本のグループも大強度陽子加速器施設においてΞと原子核の束縛状態や(K-,K+)反応による原子核上でのΞ生成スベクトルを測定する実験が進行し、新しいデータが得られている。これらに対し、現象論的な解析には収まらない、バリオン間相互作用に基づく微視的記述に基礎を置く解析を行う。
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| 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
これまでの研究で、カイラル有効場理論の枠組みで構築したバリオン間相互作用を用いて微視的に求めたΞと核子の核媒質内有効相互作用が、少数だが既存の実験データとほぼ対応することがわかった。その上で、日本の大強度陽子加速器施設で新しく同定された束縛状態や近い将来明らかになる実験データに関する理論的検討を行った。また、電磁気力により原子核に束縛される負電荷をもつΞのエネルギーは、Ξと原子核のバリオンレベルの相互作用の影響で変化するが、その大きさを測定することによりΞと原子核の相互作用の情報を得る実験が56Feを対象として進められているが、その大きさを理論的に予測した。(K-,K+)反応のΞ生成スペクトルについては、基礎的な入力情報であるΞ生成の素過程のパラメータを、より信頼できるものに改良した再計算を行い、どのエネルギー領域の入力データがスペクトルの記述にとって重要であるかを考察した。
Ξと２核子という３体系が束縛状態として存在するかどうかという問題は、少数系では厳密な量子多体問題を解くことができるため、相互作用の性質を直接的に調べることのできる課題である。実験的に束縛状態が存在するかどうかは知られていない状況で、理論的な予測を行うことの意義は大きい。しかし、この問題を厳密に扱った研究はなされていなかった。前年度に、これまでΛと２核子という３体系を手掛けてきた研究者の協力を得て、ΞNNの束縛状態に関して量子３体系を記述するいわゆるFaddeev方程式を解く計算を行い、カイラル相互作用を用いた場合は束縛しないという結果を得ていたが、今年度はその内容を詳細に検討し、核子間およびΞと核子の相互作用依存性について調べた。その延長で、ある程度の実験的情報が存在するΞと重陽子散乱を対象とするため、その記述が可能な散乱問題をFaddeev形式で扱う数値計算プログラムを引き続き作成している。
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| 今後の研究の推進方策 |
核子間にはたらく核力の理論的記述の研究には長い歴史があるが、通常の原子核の構造と反応過程を核力に基づいて第１原理的に記述して理解する研究において、現在ではカイラル有効場理論の枠組みでパラメータ化される相互作用が標準的に用いられている。ハイペロンと核子の相互作用についても、カイラル有効場理論による記述が進展し、ハイペロンを含むバリオン間相互作用の包括的理解に向けての研究が進められている。私は、その相互作用記述に基づいてハイペロンと核子の核媒質内有効相互作用の研究を進めてきたが、ΛとΣハイペロンの研究に続き、本研究ではストレンジクォークを２つ含むΞハイペロンを課題とした。これまで、カイラル有効場理論のパリオン間相互作用を用いて核物質計算を行い、14Nなどの原子核におけるΞのポテンシャルエネルギーを求めて束縛状態を計算し、既存の実験データとほぼ対応する結果を得た。このことは、この方向での研究が適切であることを示唆する。今後、日本を含む世界各地で行われている実験により精度の向上した新しい実験的情報が期待される。それらの実験に対応する、原子核内でのΞポテンシャルとそれが予測するΞ束縛状態や散乱状態の計算を引き続き進める。そこには、(K-,K＋）Ξ生成実験のスベクトル計算の更新や、Ξと重陽子の散乱・反応過程の理論的記述による、相互作用のスピンやアイソスピン依存性を詳細に調べることが含まれる。カイラル有効場理論を軸として、今後得られる実験データの解析を進めることにより、理論的なΞと核子の相互作用記述を精密化することを図り、カイラル有効場理論へのフィードバックを行うことにより、概要で述べた、クォークが形作るバリオン世界の全体像の理解を目指す。これらの課題の遂行については、実験を行っている研究者やドイツのパリオン間相互作用の研究者そして国内の少数多体系計算の研究者との研究協力を継続する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
例年、旅費の支出が大きい。しかし、予定していた春と秋の日本物理学会やいくつかの研究会が、コロナ禍の状況で全てオンライン開催になったこと、また、これまで行っていた研究交流のための出張も見合わせなければならなかったため、旅費の使用が全く無かった。次年度は、ヨーロッパで開催されるストレンジネス核物理に関する国際研究集会に参加し成果の発表を予定していたが、やはりコロナ禍のためこの研究集会は次の年に延期されるようである。本研究課題の成果を発表する機会を得るために、補助事業期間延長の申請を行いたい。
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