J-PARCにおけるハイペロンを含む少数多体系の実験計画

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1 J-PARCにおけるハイペロンを含む少数多体系の実験計画
谷田　聖（京都大学） 2008年12月25日　 研究会「少数粒子系物理の現状と今後の展望」 ＠阪大RCNP

2 少数系における核物理 通常核では・・・ ハイパー核ではどうか？ p D p 原子核を核力から（直接）理解できるか？  いったんは NO
off-shellでの核力、３体力 これらを入れると、かなり良くなる（なりそう） ハイパー核ではどうか？ on-shell の性質もよくわからない  YN、YY散乱のデータは質・量 ともに（圧倒的に）不足 これをハイパー核のデータから出したい。 核力の拡張 [SU(3)対称性] 核力も含めて統一的に理解し、その起源に迫りたい 伝統的な中間子交換模型で十分か？クォーク、グルーオンの自由度は見えるか？ p D p N N N

3 YN、YY相互作用へ 相互作用モデルの構築 SU(3)対称性 ハイパー核構造を計算 実験データとの比較
相互作用の特定部分をいじれる  モデルのどこが良い、悪い？ 少数系の利点：　 広大なモデルスペースを扱える 生の相互作用を用いて直接計算 正しい相互作用  正しい結果

4 例：計算が（いきなり）破綻？ 束縛エネルギー 3LH 4LH, 4LHe 5LHe ほとんどどんなLN相互作用を持ってきても、この３つを 同時に合わせることができない （1972年、 Dalitz et al. （NPB47 109） 以降数多い） 赤石 et al.,による説明（PRL84 (2000) 3539） 強いΛN-∑N coupling を取り入れる アイソスピンの選択則によりA=4を強く下げる

5 Hyperon mixing 小さな質量差 ∑は１π交換で混ざる T=0のハイパー核では弱い 荷電対称性の破れ
Λ→∑で変化したアイソスピンを埋め合わせるために、残りの核も励起 荷電対称性の破れ MS+ ー MS- ＝ ８ MeV ～0.1 (MS ー ML) 相互作用にも現れるはず

6 J-PARC News: 12月23日 30 GeV 陽子加速に成功！
J-PARC = Japan Proton Accelerator Research Complex 50 GeVの陽子加速器を中心とした大強度加速器群 50 GeV×15 mA ＝ 750 kW KEK-PSの100倍、BNL-AGSの10倍の強度のビームを供給 世界で最も強力なK中間子のビームが得られる → 他の施設の追随を許さない研究が可能 建設はほぼ終了、施設のcommissioning中 News: 12月23日 30 GeV 陽子加速に成功！ 2009年からストレンジネス核物理の実験を行う予定

7 Tokai Site of JAEA

8 Feb. 2008

9 Feb. 2008

10 June, 2007

11 June, 2007

12 Dec, 2008

13 24の実験提案のうち、9つがストレンジネス核物理
すべてScientific approval, 7つがフル採択、4つはDay-1

14 ハイパー核のγ線分光 3次元核図表の拡張へ “Table of Hyper-Isotopes”の出版 (p+,K+ g) at KEK-PS
(K-, p- g) at BNL-AGS using Ge array “Hyperball” NaI array (13LC) J-PARCでは数10~数100倍のスピードでデータを収集 3次元核図表の拡張へ “Table of Hyper-Isotopes”の出版

15 Ge detctor array: Hyperball
Constructed by Tohoku/ KEK/ Kyoto in 1998 Upgraded to Hyperball2 in Tohoku (2005~) Large acceptance for small hypernuclear g yields Ge (r.e. 60%) x 14 W ~ 15%, e ~ 3% at 1 MeV High-rate electronics for huge background BGO counters for p0 and Compton suppression

16 荷電対称性の破れ A=4： ΛNー∑N混合が強い  荷電対称性の破れ？
BΛ（4LH） ＝2.04±0.04 MeV BΛ（4LHe）＝2.39±0.03 MeV ΔBΛ　　　 ＝-0.35±0.05 MeV ← 強いCSBを示唆 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3H, 3He の場合の約5倍） 励起状態（1+）では、He側のデータが怪しい  J-PARC で精度の良いデータが欲しい 4He（K－,p－）反応を利用 1.1～1.5 GeV/cのK－ビームで 1+ 状態を効率よく生成 (K-,p0)反応によるさらなる発展を期待

17 Doppler Shift Attenuation Method :
核内Lのg因子測定へ 核内バリオンの磁気モーメント 　・ カイラル対称性の部分的回復？ 　・ Sの混合、核媒質効果 mq が減少→ mq増大？ L-spin-flip M1 遷移のB(M1) -> gL swelling → mq増大？ in s-orbit gc Doppler Shift Attenuation Method : 核構造は正確に押さえなくてはいけない

18 J-PARCでのガンマ線分光の他のテーマ
LN 相互作用の詳細 (E13) LN スピン依存相互作用と LNN force (10LB and 11LB) LN 相互作用の動径依存性 (19LF) B(E2) 測定 7LHe, 9LBe and 13LC 　→ 8Be,12Cのクラスター構造と Lによるその変化 Lを加えることで中性子ハローは消えるか？ sd-殻ハイパー核 　　　→変形、集団運動の変化 重いLハイパー核 → 核内深部のバリオンの性質？ J-PARC E13 (Tamura et al.)

19 中性子過剰ハイパー核 J-PARC E10 さらに強いp-ビームを利用できるビームラインの計画あり（野海） (p-,K+)反応
(K-,p+)反応 J-PARC E10 6LH, 9LHeの分光実験 高強度p-を利用した (p-,K+)反応 さらに強いp-ビームを利用できるビームラインの計画あり（野海）

20 Hyperheavy hydrogen Λ(I=0) + コア核(I=0)  ∑(I=1) + コア核(I=0)] アイソスピン大
相手になる核子が増える nL  pS-：コア核が安定化 束縛エネルギーを精度よく 決定したい Akaishi et al. p n

21 S＝－２の世界 初めてhyperon-hyperon 相互作用が現れる 非常にdynamicな システムなのでは？
ここがわからないとmulti strangeness系に行けない。 非常にdynamicな システムなのでは？ Large baryon mixing? 質量差に反比例 XN-LL-SSが混ざった状態 としてのHダイバリオン？ ほとんどわかっていない  J-PARCでの中心課題

22 E07　Hybrid Emulsion実験 ~10000個のX-を原子核乾板中に静止 100個のLL核の検出  LL相互作用

23 LL核の生成 Xp  LL が運良く 核内に残る（~10％）

24 エマルジョン中のイベントの例 各軌跡の長さ・太さ 各バーテックスで何ができたかを推定
粒子の種類・エネルギー 各バーテックスで何ができたかを推定 ハイパー核の束縛エネルギーを出す。 DBLL = BLL - 2BL がLL相互作用による分 →　弱い引力？

25 LL束縛エネルギーのsystematics
DBLLは原子核によって違うかも知れない 例えば Hyperon mixing によって変わり得る 5LLHe 6LLHe p n L p n L p n X p n X Suppress される Enhance される

26 E05 X核分光 Missing mass spectroscopy of 12C(K-,K+)X  12XBe, 12LLBe
1.8 GeV/c K- ビーム 大強度 1.4x106 K- /spill (Phase-1) 高純度 K-/p- ~6.9 Proton beam 30GeV-9mA

27 E03 X原子のX線測定 X-atom のX線を測る世界初の実験 Fe(K-,K+) 反応による X- 生成 → 静止 X- → X線測定
X-A の Optical Potential の直接測定 Fe(K-,K+) 反応による X- 生成 → 静止 X- → X線測定 方法の確立を目指す 数多くのX線測定で、 XA相互作用の解明へ ダブルL核のg線分光にもつなげていきたい K- K+ X- X ray Fe target

28 まとめ 現在建設中のJ-PARCにおいて、ストレンジネス核物理はメインの研究テーマ
９つの実験が提案・採択済み 5つのDay-1実験 さらに多くのアイデアが考えられている （弱崩壊の実験もありますが、紹介しきれませんでした） 少数系の特徴を活かして、YN, YY相互作用や、その荷電対称性の破れ、hyperon mixingに興味が持たれている。 実験は2009年から開始予定 今後もJ-PARCにおける発展が期待できる