2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of hierarchical structure between quark and hadron phase by means of quark cluster
| Project Area | Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems |
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| Project/Area Number |
18H05402
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大西 宏明 東北大学, 電子光理学研究センター, 教授 (60360517)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野海 博之 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (10222192)
與曽井 優 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (80183995)
成木 恵 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00415259)
青木 和也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (70525328)
新山 雅之 京都産業大学, 理学部, 准教授 (90455361)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | エキゾチックハドロン / Λ(1405) / ペンタクォークバリオン / K中間子原子核 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では、素粒子クォークからハドロン、そして原子核がどのように形成されていくのか？という根源的問題を、未だその存在は予想されているが、未だ未確定なサブクラスター状態である、ダイクォーククラスター、メソン－バリオン分子状態を確定させることを目的としている。そのための研究を、(1) J-PARC の大強度ハドロンビームを用いたバリオン スペクトロスコピー、 (2)SPring-8における高輝度光ビームを使ったメソンーバリオン生成実験、の２つの実験的研究として展開している。
(1) J-PARC の大強度ハドロンビームを用いたバリオン スペクトロスコピー
本年度、大強度ハドロンビームの測定を実行するための検出器であるビーム粒子飛跡検出器、および、生成２次粒子の飛跡検出用のドリフトチェンバーの製作を行った。また、データ解析、収集に必要なデスクサーバーを調達し、実験開始に向けたソフトウエアー開発を開始した。データ収集回路系のシステムテストを東北大学電子光理学研究センターの電子加速器を使い実施、大強度環境下で建設した検出器、およびデータ収集回路、ソフトウエアーが正常に動作することを確認した。
(2)SPring-8における高輝度光ビームを使ったメソンーバリオン生成実験
本計画実施のための大型スペクトロメータの建設を進めている。特にその中心的な検出器であるタイムプロジェクションチェンバー(TPC)の読み出し回路を調達、また、同時に前方（ビーム軸方向）に放出される二次粒子検出のためのドリフトチェンバーを製作した。これにより、主要検出器の整備が完了した。年度後半に実際の光ビームを用いた検出器試運転を実施した。いくつかの改善点（特にTPC本体に関する問題）が必要であることがわかったが、概ね予想通りの性能のスペクトロメーターを建設できたことを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
建設予定である検出器群の製作を予定通り完結することができた。また、これらの検出器、関連するソフトウエアーは、粒子線を使った環境で、その性能評価を行い、予定通りの性能を示すことを確認した。以下、主要２プロジェクト個々の事項について記述する。
(1) J-PARC の大強度ハドロンビームを用いたバリオン スペクトロスコピー
大強度ビーム環境下においても飛跡検出が可能であるファイバートラッカー群の製作、運動量測定用の焦点面検出器の設計、製作を完了させることができた。これらの検出器を東北大学電子光理学研究センターにおいて粒子線ビームに晒し、その性能評価を行った。特に、高いビーム環境下で検出器本体、およびデータ収集用ソフトウエアー（DAQ）が予想通りの動作をするかについて詳細なデータ収集、解析を行い、予定通りの性能が出ていることを確認した。そのためのPCファームの準備を始めることができた。また、散乱粒子検出用の大型ドリフトチェンバーを製作しスペクトロメーターアクセプタンスを十分広げることができた。
(2)SPring-8では、大型スペクトロメーターであるLEPS2の建設を進めている。当該年度、 大型ドリフトチェンバーを製作し、LEPS2内部に設置することにより、前方に放出される粒子の飛跡検出系が予定通り完成した。また、前方方向のスペクトロメーター性能評価のための実験を複数回実施し、想定どおりの性能が出ていることを確認した。また、LEPS2スペクトロメーターの主要飛跡検出器であるタイムプロジェクションチェンバー（TPC）の読み出し回路の整備を行い、物理データ収集のための準備を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) J-PARC の大強度ハドロンビームを用いたバリオン スペクトロスコピー
今後、大強度ビーム検出を目的とするビームラインスペクトロメーターの完成を最優先に研究を進める。また、磁場中で動作する高分解能飛行時間測定装置の基礎研究を進める。今年度同様、データ読み出し回路系の開発を並行して行う。特に高時間分解能TPCの開発は急務である。そのための準備を進める。一方で、本研究課題の中心的な実験課題J-PARC E50の予備実験とできる米国FNALで実施される高エネルギーπ中間子原子核衝突実験、ENPHATIC実験に参加するための準備を進める。この実験に我々が検出してきた検出器の一部を投入し、検出器の性能評価だけでなく、E50実験で予想されるバックグラウンドデータの収集を目指す。来年度より、本プロジェクトに関する特任助教を雇用し、プロジェクト推進を加速させる。
(2)SPring-8における高輝度光ビームを使ったメソンーバリオン生成実験
本年度のテスト実験の成果をもとに、スペクトロメーター完成に向け、これから検出する検出器の製作、およびソフトウエアーの整備を加速させる。特に主要飛跡検出器のTPCを使用可能な状態に持っていく。さらに、粒子識別カウンターであるエアロゲルチェレンコフカウンターの設計を完成させ、量産体制を整える。そのためのテスト実験を実施する。一方で、高輝度光子ビームの安定化を目的とし、使用しているレーザーシステムの高度化（既存レーザーシステムのメンテナンス）を実施する。次年度中にシステム全体でのコミッショニングランを実施する。また、完成したスペクトロメーター校正方法の確立もこのコミッショニングランの重要な課題となる。
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