核物理研究センターの現状と将来 阪大RCNP 中野 貴志

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1 核物理研究センターの現状と将来 阪大RCNP 中野 貴志
日本学術会議シンポジウム

2 核物理研究センター（RCNP） サイクロトロン加速器＠吹田キャンパス LEPS@SPring8 大塔コスモ観測所@奈良県五條市大塔町
リングサイクロトロン（陽子400MeV、重イオン ） AVFサイクロトロン（陽子80MeV、重イオン）（ 入射器） 分光器系 コンピューターとスーパーコンピューター

3 大阪大学核物理研究センター・サイクロトロン施設
中性子測定100mトンネル リングサイクロトロン K=400 MeV 不安定核ビーム 超冷中性子 生成コース 1m×1m×10cm×6 シンチレータ AVFサイクロトロン K=140 MeV ユーザー ～３００人／年 外国人 ～４０人／年 超高分解能 磁気分析装置

4 リングサイクロトロン＋磁気分析器系 48Ca(p,p) 圧縮振動数ω ⇒ 原子核の非圧縮率 様々な同位体からN/Z比依存性
陽子非弾性散乱の０度における 超低バックグラウンド・超高分解能測定 48Ca(p,p) 0 300 MeV 精密角度分布 圧縮振動数ω ⇒ 原子核の非圧縮率 様々な同位体からN/Z比依存性 ⇒ 高密度核物質・中性子星の 　　　　　　　　　　　　　　基本情報 圧縮振動(L=0)の抽出 ０度が重要

5 open close annular disk phonon UCN n 陽子ビーム 世界最高のUCN強度 ~15個/cm3
(Ec= 90 neV) n 陽子ビーム

6 Super Photon ring-8 GeV SPring-8
Third-generation synchrotron radiation facility Circumference: 1436 m 8 GeV 100 mA 62 beamlines ユーザー ～７０名／年 外国人 ～２０名／年 1/30/2008

7 LEPS(レーザー電子光ビーム)の特徴と成果
Linear Polarization : 95 % at 2.4 GeV PRC79 (2009) 低バックグランドビーム＋前方スペクトロメーター 交換粒子のパリティフィルターとしての縦偏極ビーム 励起バリオンの生成しきい値領域の精密測定 ペンタクォーク（Q+）の存在を強く示唆するデータ L(1405)(メソン・バリオン共鳴候補)の生成断面積の高いエネルギー依存性 f中間子のしきい値領域での生成断面積のピーク構造

8 RCNPの現在と今後 サイクロトロン加速器施設 LEPS サブアトミック科学研究拠点 共同利用・共同研究による原子核物理学の発展
放射化学、医学利用、半導体等の応用の発展 入射器の増強による大強度化：　UCN, ミューオン LEPS 共同利用・共同研究 偏極標的からLEPS2へ サブアトミック科学研究拠点 重要テーマへの挑戦 LEPS 2計画：新しいハドロンの解明 プリズム計画：レプトンフレーバー混合 CANDLES計画：宇宙の物質創成の解明 連携研究拠点へ 理学研究科付属原子核施設との連携（統合）＋他機関

9 サブアトミック科学とは？ “宇宙誕生直後から、 宇宙の晴れ上がりまでを解明する” “宇宙のバリオンはどの様に 生成されたのか？”
　　　宇宙の晴れ上がりまでを解明する” 我々の 住む世界 大きさの 階層構造 10-10m 原子（アトム） 現在：１３７億年 ３８万年 サブアトミック科学 宇宙の晴れ上がり 原子核 10-14m 宇宙の進化 バリオン （陽子、中性子など） “宇宙のバリオンはどの様に 生成されたのか？” ３分 10-15m 宇宙の初めの３分間 クォーク レプトン なぜ反クォークよりもクォークの方が多いのか？ レプトジェネシスの可能性を探る <10-18m 未知の素粒子 なぜクォークやレプトンの種類が３世代１２種類なのか？ 標準理論を超える現象を探る サブアトミック科学 拠点の研究課題 クォークはどの様にバリオンの中に閉じ込められたのか？ クォークモデルの限界を探る ビッグバン

10 期待される研究成果 レプトンフレーバー混合研究 ハドロンの存在形態研究 レプトン数非保存研究
なぜクォークやレプトンの種類が３世代１２種類なのか？ 標準理論を超える現象を探る レプトンフレーバー混合研究 荷電レプトン混合現象（標準理論では説明できない現象）の発見 基本的相互作用の統一、ニュートリノ質量の謎を解明する手掛かり 大強度ミューオン源による、学際領域の基礎科学、応用科学の進展 ハドロンの存在形態研究 通常のハドロンとは異なるペンタクォークやメソン･バリオン共鳴 クォーク閉じ込め機構を解明する糸口に レプトン数非保存研究 ２重ベータ崩壊の観測レプトン数の保存則の破れ 初期宇宙から現在の宇宙への発展の解明 ニュートリノ物理学の進展に寄与 クォークはどの様にバリオンの中に閉じ込められたのか？ クォークモデルの限界を探る なぜ反クォークよりもクォークの方が多いのか？ レプトジェネシスの可能性を探る

11 なぜクォークやレプトンの種類が３世代１２種類なのか？
MUSIC なぜクォークやレプトンの種類が３世代１２種類なのか？ 標準理論を超える現象を探る 期待されるミューオン収量 0.4 kWの陽子ビームで 約109 muons/sec　 （世界最高値） 位相空間回転システム ミューオン輸送システム 平成20年度二次補正予算としてパイオン捕獲システムが認められた。 パイオン捕獲システム

12 なぜ反クォークよりもクォークの方が多いのか？
CANDLES なぜ反クォークよりもクォークの方が多いのか？ レプトジェネシスの可能性を探る 宇宙は物質で出来ている（反物質は無い） 粒子数は保存しない CPが破れている（物質と反物質の世界は異なる） 48Caの二重ベータ崩壊 大型科研費から概算要求へ 大塔コスモ観測所  神岡（東大宇宙線研究所） n p 反ニュートリノ ニュートリノ マヨラナ質量 （反粒子⇔粒子） 電子 CANDLES検出器 フッ化カルシウム（蛍石）結晶とPMT ニュートリノを伴わない 2重ベータ崩壊の観測 超低バックグラウンド検出器

13 大塔コスモ観測所 Qbb of 48Ca But only 6.4g of 48Ca PRC78 058501(‘08)
Not limited by backgrounds But only 6.4g of 48Ca ELEGANT VI

14 クォークはどの様にバリオンの中に閉じ込められたのか？
LEPS2 クォークはどの様にバリオンの中に閉じ込められたのか？ クォークモデルの限界を探る 大強度フォトンビーム SPring-8 8GeV電子ビー ム 全方向をカバーする検出器 BNL(E949)スペクトロメーター の有効利用 阪大ブランドの高速データ収集 回路の開発 LEPSでの膨大なノウハウの蓄積 逆コンプトン散乱 BL31ID 30m長直線部 紫外線、深紫外線 レーザー GeV ガンマ線 １０倍強度のビーム パラレル･レーザー入 射 生成と崩壊の同時精密測定によるハドロンのクォーク構造の研究 クォークモデルによって簡単に説明できないハドロンに焦点 ペンタクォーク、メソン・バリオン共鳴、スカラー中間子、、、

15 x線散乱による逆コンプトン光ビームの生成
単色偏極高エネルギー光ビーム 重いスカラー中間子の生成と崩壊の研究 グルーボール、テトラクォーク等の探索 S=-2の励起バリオンの構造の研究

16 + ↓ 大規模研究所との相乗効果 ＋ ＋ ＋ MUSIC CANDLES LEPS2 ブレークスルー 既設の加速器や 大型実験施設
SPring-8 既設の加速器や 大型実験施設 阪大核物理研究センター J-PARC 東大宇宙線研 + ＋ ＋ ＋ 新しいアイデア　 独創的な実験装置 MUSIC CANDLES LEPS2 ↓ 　コアとなる実験装置や装置開発に国内外の研究者が集まる 　既設の大型研究施設の魅力を一層高める効果 ブレークスルー 16

17 連携型研究拠点へ サブアトミック科学の急速な発展  標準理論を超えた現象を発見する可能性。 サブアトミック科学研究の二つの方向性
サブアトミック科学の急速な発展　　標準理論を超えた現象を発見する可能性。 サブアトミック科学研究の二つの方向性 超大型加速器など、ミッション指向なビッグプロジェクト 独創的な発想に基づく、ボトムアップ型の研究  大学の果たす役割が大きい。 大学：独創的なアイデアの宝庫　　大学の活性化が革新的な成果を産む。 科学の進展 研究の 大型化 技術 革新 柔軟、迅速、組織的に対応する体制が必要 分野の枠、大学の枠を超えた 中小の研究機関の連携 ↓ 大学で萌芽した独創的なアイデアや手法を、人員とリソースの全国的かつ効率的な運用で発展させ、世界トップレベルの成果として結実させる。

18 大強度高分解能パイオンビーム@J-PARC
Spectrometer Dispersive Beam pion: 108~109 Hz pbar: 107 Hz Prod. T ES1

19 重イオン蓄積リング 不安定核のβ崩壊の精密測定 不安定核と陽子やα粒子との散乱
Shottky信号による新しいタイプの測定が可能 不安定核のβ崩壊の精密測定 不安定核と陽子やα粒子との散乱 安定線近傍原子核の精密測定・高運動量移行測定によるアイソスピン依存性およびテンソル力の研究 宇宙環境でのベータ崩壊変化の研究

20 まとめと展望 全国共同利用研として原子核物理学の発展に寄与 精密測定原子核実験における豊かな実績と経験 原子核物理学からサブアトミック科学へ
レプトンフレーバー混合研究：MUSIC ハドロンの存在形態研究：LEPS2 レプトン数非保存研究：CANDLES リングサイクロトロンの強度増強と新たな利用の開拓 UCN, ミューオン科学、重イオン蓄積リング 機関や分野の枠を超えた連携型研究拠点への発展 大強度高分解能パイオンビームライン