ハイパートライトンパズルの解明に向けた高精度質量分光と寿命測定

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01926
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 永尾 翔 東北大学, 理学研究科, 助教 (30781710)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: ハイパー核 / ストレンジネス / 原子核 / 高分解能

研究実績の概要

本研究の目的は、ハイパートライトンパズルと呼ばれる三重水素ラムダハイパー核の質量と寿命の謎を解明することにある。このハイパー核の質量と寿命を高精度で測定するべく、ドイツ・マインツ大学におけるハイパー核崩壊質量分光実験による高精度質量測定と、東北大学電子光理学研究センターにおける実光子ビームを用いたハイパー核生成実験による高精度寿命測定を行う。
当初予定していた実験実施がコロナ禍の影響による施設閉鎖などで遅れたものの、マインツ大学の連続電子線加速器が再稼働したのを受け、現地における磁気スペクトロメータの再整備、インストール作業を実施できた。新規開発したリチウム標的に電子ビームを照射することでハイパー核のデータの収集をすることができた。今回収集したデータには三重水素ラムダハイパー核の事象が多く含まれていると見込まれており、解析を進めることで世界最高精度、分解能のもと、三重水素ラムダハイパー核を観測することができると期待する。現在収集したデータの解析が進んでいる。
東北大学電子光理学研究センターでは、物品納入の遅延などで実験に必要な高時間分解能検出器の製作に遅れが見られた。また、光子エネルギー標識化装置で生じた信号雑音が問題となったため対策に迫られた。高時間分解能の基礎開発に成功し、要求性能を満たす検出器を作成することができた。物理実験に向けてこの高時間分解能検出器の量産を進める予定である。光子エネルギー標識化装置のノイズ対策も進み、信号雑音レベルを当初のものから改善することができた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初実施予定であったマインツ大学MAMIと東北大学電子光理学研究センター（ELPH）におけるハイパー核実験がコロナ禍による施設停止や物品納入遅れにより遅れることとなった。また、ELPHに既設の光子エネルギー標識化装置に予期せぬ信号雑音が生じたため、対策に時間を要した。
一方で、これらコロナ禍の影響は改善しつつあり、MAMIはコロナ前同様の運転を開始し、物理データの収集も行うことができた。物品納入遅延の影響も改善しつつあり、高時間分解能測定器に必要な備品の入手も可能となった。光子エネルギー標識化装置の信号雑音もノイズ対策を施すことで当初から改善がみられている。

今後の研究の推進方策

ドイツ・マインツ大学における高精度質量分光実験は無事にデータ収集を終えることができた。実験Ⅱ使用した磁気スペクトロメータのエネルギー較正を行う必要があり、今後実施予定である。収集したデータの解析を慎重に進め、ハイパー核起因の事象の選別、ピーク観測に成功した暁には、ハイパー核質量の導出が可能になると見込まれる。
電子光理学研究センターにおける寿命測定実験は、高時間分解能検出器の量産を進めると同時にその他必要な測定器をそろえる。既に設置済みの磁気スペクトロメータ（NKS2）にこれら測定器をインストールし、実験に備える予定である。

研究成果

• [国際共同研究] マインツ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マインツ大学
• [雑誌論文] Spectroscopic study of a possible Λnn resonance and a pair of ΣNN states using the (e,e'K+) reaction with a tritium target (2022)
  • 著者名/発表者名: Pandey B.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 105 ページ: L051001
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.105.L051001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Revealing the short-range structure of the mirror nuclei 3H and 3He (2022)
  • 著者名/発表者名: Li S.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 609 ページ: 41～45
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05007-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of differential cross sections for Σ+p elastic scattering in the momentum range 0.44-0.80 GeV/c (2022)
  • 著者名/発表者名: Nanamura T、Miwa K、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2022 ページ: 093D01
  • DOI: 10.1093/ptep/ptac101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The spectrometer and target systems for hypernuclear physics at the Mainz Microtron (2022)
  • 著者名/発表者名: Achenbach P.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1043 ページ: 167500～167500
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167500
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Systematic treatment of hypernuclear data and application to the hypertriton (2022)
  • 著者名/発表者名: Eckert P.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: Suplemento de la Revista Mexicana de F?sica 巻: 3 ページ: 1-6
  • DOI: 10.31349/SuplRevMexFis.3.0308069
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recent progress and future prospects of hyperon nucleon scattering experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: Miwa Koji、Nanamura Takuya、Sakao Tamao、Sho Nagao、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 04001～04001
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227104001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] J-PARC hadron experimental facility extension project (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakuma Fuminori、Sho Nagao、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 11001～11001
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227111001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strangeness physics programs by S-2S at J-PARC (2022)
  • 著者名/発表者名: Gogami Toshiyuki、Sho Nagao、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 11002～11002
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227111002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Commissioning of the hypertriton binding energy measurement at MAMI (2022)
  • 著者名/発表者名: Eckert Philipp、Sho Nagao、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 01006～01006
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227101006
• [雑誌論文] High accuracy spectroscopy of 3- and 4-body Λ hypernuclei at Jefferson Lab (2022)
  • 著者名/発表者名: Gogami T.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 01001～01001
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227101001
• [雑誌論文] Cross-section measurement of virtual photoproduction of iso-triplet three-body hypernucleus, Λnn (2022)
  • 著者名/発表者名: Gogami T.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 02002～02002
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227102002
• [雑誌論文] Study of the Λ/Σ0 electroproduction in the low-Q2 region at JLab (2022)
  • 著者名/発表者名: Okuyama K.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 02003～02003
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227102003
• [雑誌論文] Study of Λn FSI with Λ quasi-free productions on the 3H(e,e'K+)X reaction at JLab (2022)
  • 著者名/発表者名: Itabashi K.、Nagao S.、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 02006～02006
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227102006
• [雑誌論文] Studying ΛN interactions through the 208Pb(e,e'K+)208ΛTl reaction (2022)
  • 著者名/発表者名: Garibaldi Franco、Nagao Sho、et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 271 ページ: 01007～01007
  • DOI: 10.1051/epjconf/202227101007
• [学会発表] ハイパー核精密分光実験を用いたバリオン間力へのアプローチ (2022)
  • 著者名/発表者名: 永尾翔
  • 学会等名: 新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。」領域研究会
• [学会発表] Status of the PCS magnets & simulation study (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Nagao
  • 学会等名: Hypernuclear Collaboration Meeting 2022Aug
  • 国際学会
• [学会発表] JLab, MAMIにおけるハイパー核質量分光：A=3ハイパー核の分光実験 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永尾翔
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会（岡山）
• [学会発表] Modification from Hall-A to Hall-C (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Nagao
  • 学会等名: Hypernuclear CollaborationMeeting 2022Dec
• [学会発表] Recent results and future prospects of the JLab hypernuclear program (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Nagao
  • 学会等名: EMMI Workshop "4th Workshop on Anti-Matter, Hyper-Matter and Exotica Production at the LHC"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hypernuclear decay pion spectroscopy at MAMI, Germany (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Nagao
  • 学会等名: Hypernuclear Physics Workshop 2023 @JLab
  • 国際学会
• [学会発表] Future prospects of hypernuclear high-resolution & high-precision spectroscopies with electron beams (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Nagao
  • 学会等名: Third International Workshop on the Extension Project for the J-PARC Hadron Experimental Facility (3rd J-PARC HEF-ex WS)
  • 国際学会 / 招待講演