COMPASS実験の紹介 〜回転の起源は？〜 山形大学 堂下典弘 1996年 COMPASS実験グループを立ち上げ 1997年 実験承認

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1 COMPASS実験の紹介 〜回転の起源は？〜 山形大学 堂下典弘 1996年 COMPASS実験グループを立ち上げ 1997年 実験承認
山形大学　堂下典弘 1996年　COMPASS実験グループを立ち上げ 1997年　実験承認 2002年　実験開始 2014年　Phase II へ 現在１３カ国２２０名が参加 日本グループ　：山形大学、KEK、宮崎大学、 中部大学から１１名参加

2 自然界における回転 宇宙の星雲 地球の回転（自転＋公転） 陽子、中性子、 電子の自転 核子の自転（スピン）の源を
回転が 安定保持に作用 微小な回転を 突き詰める 陽子、中性子、 電子の自転 出典：キャノン 電子：内部構造を持たない 陽子、中性子：クォークと 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　グルーオンで構成 COMPASS実験の研究課題： 核子の自転（スピン）の源を クォークやグルーオンのスピンや公転（軌道回転） で説明できるか？

3 陽子や中性子の内部はどうなっているのか？
核子のスピン：1/2 クォークスピン：1/2 伝統的なクォークモデル 陽子の場合 2つのuクォークと 1つのdクォークから なる複合粒子 核子スピンは、 ３つのクォークスピンの合成 バレンスクォーク 量子色力学 （強い相互作用を記述） 複数のクォークが グルーオンによって 結合した複合粒子 : 　バレンスクォークと 　　　　シークォークスピン : 　グルーオンスピン :　軌道角運動量

4 核子スピンの研究歴史とCOMPASS実験
１９８０年代　CERN EMC実験　「核子スピンに対するクォークスピンの寄与がない」 「スピンクライシス」 １９９０年代　CERN SMC実験、ドイツHERMES実験 ２０００年代　COMPASS実験 「クォークスピン寄与は約２５％」 クォーク スピン寄与 ２０００年代　COMPASS実験 　　　　　　　　　　　　　　　　　　世界最高精度の 　　　　　　　　　　　　　　　グルーオン偏極度測定 クォークや グルーオン の軌道回転 か？ 核子スピン グルーオン スピン寄与 アメリカRHIC実験の結果と合わせて 「グルーオンスピン寄与は30％程度」 クォーク軌道回転寄与に注目：現在実験準備中 量子色力学による核子構造の記述ができるか？

5 なぜCERNでスピン起源探索か？ 日本グループ 特殊なビーム：偏極ミュー粒子ビームやパイ粒子ビーム 特殊な標的：偏極核子標的
偏極　：　スピンの向きを揃えた状態 偏極ビーム＋偏極標的で 核子内のスピンの情報にアクセスできる 日本グループ 偏極核子標的システムに責任をもつ 世界最大の偏極標的システム - 直径４cm、長さ１３０cmの標的物質 - ２．５Tの磁場 - ５０mK（ 度）まで冷却 この容量では Coldest point in the world

6 COMPASS実験施設の位置 CNGS

7 COMPASS 実験装置 〜固定標的実験〜 全長５０m ハドロン検出部 ミュー粒子検出部 ビーム 偏極標的 分析用電磁石 RICH
世界最高エネルギーの レプトンビーム（１９０GeV） 実験ホールは地上に設置

8 マイクロ波キャビティ 超伝導磁石 希釈冷凍機

9 ノーベル賞とスピン(とCERN) １９４０年 I. Rabi 原子核の磁気能率測定方法 CERNのコンセプトを考え、立ち上げに貢献
１９５２年　F. Bloch、E. Purcell 核磁気の精密な測定 　核磁気共鳴-> MRI 　F. BlochはCERNの初代所長 １９５５年　P. Kusch 電子の磁気能率の精密測定

10 まとめ 補足 スピンの起源探索 2002年より実験開始 グルーオンの核子スピンへの寄与は大きくない
今後クォークの軌道回転に注目して研究を進めて行く 補足 また、COMPASSではパイ粒子ビームや陽子ビームと 原子核標的や液体水素標的を用いて パイ粒子の内部構造測定 普通でないエキゾチックな生成粒子測定 なども行っている。

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12 スピンの利用 医療機器のMRI リニア新幹線 (核磁気共鳴画像法）装置 体内水分子の 電子スピンから生ずる 水素原子核（陽子）スピンを利用
超伝導磁石による磁気浮上車 出典：ウィキペディア

13 光子グルーオン融合とSemi-Inclusive深非弾性散乱測定
オープンチャーム （q= c) p クリーンチャンネル (低物理バックグラウンド) 低統計量 K、π粒子によるDメソン同定 by RICH High pT ハドロンペア （q= u, d, s) 高統計量 物理バックグラウンド 二重スピン非対称度測定 PB: ビーム偏極度 PT: 標的偏極度 f : ダイユーションファクター N : イベンド数 の抽出

14 COMPASS 偏極標的システム 希釈冷凍機 50mK 300mKで350mWの冷却能力 磁石 標的セル beam
(upgraded in 2006) 希釈冷凍機 50mK 300mKで350mWの冷却能力 磁石 高均一度2.5Tソレノイド, 0.6Tダイポール 180mrad アクセプタンス 標的セル beam 3 セル (30, 60 30cm long) 直径4cm 180mrad マイクロ波システム 2 EIO 発振器 (20W) NMR システム 10 チャンネル (3, 4, 3)

15 GPDプログラムの目的 GPD（一般化されたパートン分布）関数 4種類： Jiの和則： クォークのスピンと軌道角運動量の和 核子の３次元像：