ハイパー核とYN相互作用 夢 & リアリティ 2008/9/2 理研 after Hiyama’s talk at KEK

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1 ハイパー核とYN相互作用 夢 & リアリティ 2008/9/2 理研 after Hiyama’s talk at KEK
after Day1 projects 「J-PARCハドロン物理の将来研究計画を考える」 5-10年後の夢のある話をせよ 夢 & リアリティ

2 ハイパー核研究の二つの側面 　　ハイペロンを含む原子核の構造・反応 　　YN・YY相互作用の特徴

3 YN・YY相互作用とハイパー核 前置き YN・YY相互作用模型は2体散乱データの 貧困さのために非常に不定性が大きい
ハイパー核データによる模型の制限や選択 が重要な役割を果たす ハイパー核データがNN核力における 2体散乱データの役割を果たすわけでない YN散乱データはベースである それなしにNijmegen modelは作れなかった

4 YN,YY相互作用が全部よくわかったとしたら 格子QCDでYN,YY力が正しく出たら
Oka-san の問いかけ YN,YY相互作用が全部よくわかったとしたら 格子QCDでYN,YY力が正しく出たら 触発されて考えてみたこと 答えではないが

5 「YN,YY相互作用が全部よくわかる」 とは、どういうことだろうか？ ΛN、∑N、ΛΛ、ΞN、Λ∑、∑∑、ΛΞ、∑Ξ、ΞΞ　・・・

6 まずは核力(NN interaction)
　武谷核力論（1950年代）以降の発展 定性的特徴（1950年代） 　OPEP tail 　中間領域引力 　テンソル力 　短距離斥力 50年 モデルの定量的確立 　OBEP and beyond coreの成因 格子QCD 模型的アプローチ （現象を基礎とする） 第一原理的アプローチ 本質論的段階へ

7 核力模型の定量的成立 YN・YY相互作用（現状） ＊2体系の実験情報(phase shifts等）に基づく
＊多体系の情報からのfeedbackは限られている YN・YY相互作用（現状） ＊2体散乱実験は極めて限定的 ＊多体系の情報からの補完　 どこへ、どのように？

8 究極目標はﾊﾞﾘｵﾝｵｸﾃｯﾄ間相互作用の全体像
実験（2体散乱/多体系）で捉えうる各チャネルの基本的 特徴をコンシステントに表現し一定の予言性を有する 相互作用模型の構築が模型的アプローチの目標である 第一原理的研究（QCD + hyper computer)がいかに進んでも 模型的アプローチがそれに解消することはないだろう 人間の認識とは模型的イメージが脳裏に描かれることだから しかし実験不能なチャネルの情報をcomputer simulationに 依拠することはありえる

9 「格子QCDでYN,YY力が正しく出たら」
が意味すること 理論の理論たる所以はその予見性にある 模型的アプローチの基礎付けに留まらず 実験プロポーザルの種になりそれが検証されて 本物であることが実証される （実体論的段階から本質論的段階へ 　ニュートン力学による海王星の予見と発見） その段階に到達して初めて 実験不能なチャネルのsimulationがrealityを獲得する Λ∑、∑∑、ΛΞ、ΞΞ、・・・ 中性子星の内部を知る と私は思います

10 典型例としてのΛN spin-spin interaction
模型的アプローチ 典型例としてのΛN spin-spin interaction Λハイパー核におけるspin-doublet statesでのテスト ND 　　　× 　　 　NF 　　　△ 　　　 JA/JB × 模型構築における必要条件として考慮 　　　 NSC97e/f ESC04 FSS/fss2 spin-doublet states

11 Decomposition to spin-independent, spin-spin, LS and tensor parts
spin-spin partを適切に調節することが前提

12 SLS/ALS problem 相互作用模型への反映 γ線分光実験によるΛs.o. splittingの精密測定は
SLS/ALS は手にp-statesで効くshort-range interaction 多体効果の影響を受けにくい Λs.o. splitting in nucleiと素直にリンクする γ線分光実験によるΛs.o. splittingの精密測定は 90年代における代表的成果のひとつである 相互作用模型への反映 “Strong cancellation of SLS & ALS” はQMの専売特許ではなさそう 　　　　　　also possible in ESC modeling

13 ESC04 modeling ESC07 (ππ),(πρ),(πω),(πη),(σσ)
PS, S, V, AV nonets not taken (ππ),(πρ),(πω),(πη),(σσ) +(πK),(πK*)・・・ strangeness exchange ESC07 PS-PS exchange small spin-orbit interaction

14 ESC07 small spin-orbit splitting は meson-theoreticalに理解できる!!
Experimental value estimated as KΛ~7 ESC07 small spin-orbit splitting は meson-theoreticalに理解できる!!

15 ∑N interaction をめぐって 「将来研究計画を考える」 After Day-1 の目玉の一つ but
肥山さんのKEKトークに含まれていない

16 meson-theoretical models QM-based models 21S0 23S1 41S0 43S1 sum
Fss 　 　+9.8 fss 　 QM-based models

17 領域Ⅲ Repulsive core の成因 ハイパー核で領域Ⅲを見れるか？ ESC ポメロン+ω チャネル・状態依存性はあまりない
Tamagaki’s original idea: Pauli-forbidden state 領域Ⅲ Repulsive core の成因 たとえば ESC ポメロン+ω　　　チャネル・状態依存性はあまりない FSS/fss QMに特有のチャネル依存性がある ハイパー核で領域Ⅲを見れるか？ 原子核現象を通じて核力の領域IIIの異なる modelingを区別することはできなかった

18 QM cores K. Shimizu, S. Takeuchi and A.J. Buchmann, PTP, Suppl. 137(2000)

19 V[51]にPauli-forbidden stateが存在
強く変わる V[51]にPauli-forbidden stateが存在

20 ESC core に ＱＭ core の特徴を反映させる!!!
Recent Nijmegen approach ESC core に ＱＭ core の特徴を反映させる!!! ESC core = pomeron + ω Assuming “equal parts” of ESC and QM are similar to each other Almost Pauli-forbidden states in [51] are taken into account by changing the pomeron strengths for the corresponding channels gP gP ESC07-a,b,c,d,e,f,g

21 UΣ ESC07 ESC07 Strong repulsion in T=3/2 3S1 & T=1/2 1S0 states
Large conversion width (strong ΛN-ΣN coupling)

22 Nijmegen 対 Kyoto-Niigata
ESCもFSS/fss2も同じ範疇（模型的アプローチ）に属し 多かれ少なかれ現象論的パラメータを含む ESC07 two-meson exchange まで入れる、effective mesonは使わない repulsive core: ω meson + pomeron QM coreの特徴を現象論的に取り込む FSS/fss2 QM core + effective mesons 両者の接続には現象論的パラメータが使われている 原理的には Fujiwara QM core + Rijken meson exchange のモデルも可能である いずれにおいても模型的アプローチに相応しい現象論的処方を含む 原理主義の臭いはそぐわない

23 Quark Pauli-forbidden states の存在を いかにして実証するか？
∑N phase-shift analysis (可能?） ∑-nucleus potentialを通じて Quasi-free ∑ production ∑-nucleus scattering

24 GBN(r; E, kF) B-nucleus folding potential
derived from complex G-matrix GBN(r; E, kF) N-nucleus scattering の記述においては “no free parameter” で 現象論的モデルを凌駕する

25 Calculated by Furumoto

26 Quasi-free ∑productionのspectrumから U∑の引力or斥力が決められるだろうか？
ところで Quasi-free ∑productionのspectrumから U∑の引力or斥力が決められるだろうか？

27 by Maekawa, at al.

28 Λ optical potential by Yamamoto-Bando 1988
JLM近似 ΛA potential の Imaginary partのoriginはNAと同じ: Wscat

29 W= Wconv+ Wscat Wscatがp-nucleus の虚部分に対応

30 強い虚部分の存在！ Dabrowski W∑<WN<WΛ

31 with U∑(JLM) Wconv only (dashed) はWSによる結果と似ている Wscatによる強いreduction

32 N-nucleus scattering :
核力から出発して”no free parameter”で説明できる 核力模型による差は小さい U∑の正負のような定性的特徴（相互作用模型の選別） ∑-nucleus scatteringで判別できるのではなかろうか さらには∑ spin-orbit potential （模型毎にバラバラ） の情報も・・・Lane potentialも・・・

33 ∑∓-nucleus scattering
入射エネルギー 50～200 MeVで G-matrix近似は非常によい UcenとUsoは∑N interactionの良い情報 微分断面積と偏極量(Ay)からUcenとUsoが決まる UsoはAyだけからは決まらない N>Z targetsに対する ∑∓ 散乱でLane potentialも

34 Calculated by Furumoto

35 YN・YY interactions in S=-2 states
とりわけΞN interaction ここに至って初めてBaryon octet 間相互作用の 全体像が見えてくる 現状はと言えば、ΞN interactionに関する 種々の理論的模型は定性的にすらバラバラ 実験なし理論の無力さを露呈 UWS～-14 MeVが唯一の手がかり できる計算を行いJ-PARC実験をかたずを飲んで待っている 先のシナリオは実験結果次第か・・・ Ξハイパー核の存在確認は次のパラダイムへの架け橋

36 十分に深いUΞ (light p-shell Ξnuclei）
素直なSU3 OBEPでは無理（NF, NSC89/97, etc 強い斥力) FSS/fss2は11S0 state　attraction で頑張るが不十分 特殊なmodelingが必要 scalar-singlet meson dominant models: ND, Ehime Cancellation between vector & axial-vector mesons: ESC04d

37 Features of ESC04d and NHC-D
ESC04d NHC-D Mass-dep of BΞ weak strong Lane term strong weak light Ξ-states ○　　　　　△　　 Conversion width 　　　　　　 　large small　 (K-,K+) experiments in J-PARC are decisively important to select out reasonable interaction models 願わくば、いつか(K-,K0)反応を！

38 5年後、１０年後のハドロン物理研究の考えられる将来像
（Hiyama’s view) QCD ペタコンの導入でさらに 発展 Lattice QCD ハドロン 現実的相互作用（YN、YY、メソンーバリオン） 新しくこの矢印が生まれる！ 有限温度における 高密度状態の物理 （中性子星内部の研究） J-PARC YN散乱実験 多体系のダイナミクス 今は予想もできない現象を予言可能 チャーム核、オメガハイペロンを原子核に入れた ハイパー核、いろいろなメソンを原子核に入れた エキゾチックな原子核を予言 Shell 模型 Few-body計算 Cluster模型 J-PARC 高分解能ガンマ線実験 ペタコン

39 おわり

40 arXiv: v1 6 Jan 2008 デタラメ例 Uσσ

41 Jeulich modelにおけるΛN spin-spinが悪いことを
15年ほど前に指摘したがHolindeに無視された 最近のJeulich 05では更に悪くなっている 我々の提起を誠実に受け止めたNijmegen(Rijken)は NSC97, ESC04/07に取り組んだ

42 ΛN-∑N coupling の強さ （定量的理解へ） Meson theoretical model にとっての重要性
J-PARC実験の重要課題 neutron-rich Λhyper nuclei conversion widths of ∑states etc

43 玉垣さんのテキストより π π

44 ΛN-ΣN coupling を荷う実体は πである

45 dominated by π ΛN-ΣN tensor は NN tensor と同質 ΛN-∑N couplingが
tensor-dominantである ことは多体構造計算における 理論的前提

46

47 Calculated by Furumoto

48 Experimental data suggesting attractive Ξ-nucleus interactions
BNL-E885 12C(K-,K+)X KEK-E176 twin Λ hypernuclei UΞ~ -14 MeV UΞ~ -16 MeV represented by Woods-Saxon potential

49 ΞＮ 13S1- state attraction PS V ω Canceling of V and A Attraction
of S appears cancel S A ε attractive a1 Contributions from PS-, S-, V-, AV-mesons

50 Double-Λ states after Nagara
たくさん造ること Hiyama systematics からのズレ? ΛΛ-ΞN coupling の強さ？

51 ΛΛ attraction owing to ΛΛ-ΞN coupling Ξ statesの幅を 大きくする悪役