ハイパー核とYN相互作用

2008/9/2 理研
ハイパー核とYN相互作用
「J-PARCハドロン物理の将来研究計画を考える」
after Hiyama’s talk at KEK
after Day1 projects
5-10年後の夢のある話をせよ
夢 & リアリティ
山本@都留文科大
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
前置き
YN・YY相互作用とハイパー核
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
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
「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 ・・・
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
模型的アプローチ
（現象を基礎とする）
格子QCD
第一原理的アプローチ
本質論的段階へ
核力模型の定量的成立
＊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？
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
「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
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
Decomposition to spin-independent,
spin-spin, LS and tensor parts
ΛN相互作用模型の構築：
spin-spin partを適切に調節することが前提
SLS/ALS problem
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
ESC04 modeling
PS, S, V, AV nonets
not taken
(ππ),(πρ),(πω),(πη),(σσ)
+(πK),(πK*)・・・ strangeness exchange
ESC07
PS-PS exchange
small spin-orbit interaction
Experimental value
estimated as KΛ~7
ESC07
small spin-orbit splitting は meson-theoreticalに理解できる!!
「将来研究計画を考える」
∑N interaction をめぐって
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
meson-theoretical
models
QM-based
models
Fss
fss2
21S
0
23S
1
41S
0
43S
1
6.1
6.7
-20.2
-23.9
-8.8
-9.2
48.2
41.2
sum
+9.8
+7.5
領域Ⅲ
Repulsive core の成因
Tamagaki’s original idea:
Pauli-forbidden state
たとえば
ESC
ポメロン+ω
FSS/fss2
チャネル・状態依存性はあまりない
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
QM cores
K. Shimizu, S. Takeuchi and A.J. Buchmann, PTP, Suppl. 137(2000)
V[51]の調節で
強く変わる
V[51]にPauli-forbidden stateが存在
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
2.5 gP
ESC07-a,b,c,d,e,f,g
UΣ
ESC07
ESC07
Strong repulsion in T=3/2 3S1 & T=1/2 1S0 states
Large conversion width (strong ΛN-ΣN coupling)
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
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
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
Calculated by Furumoto
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？
by Maekawa, at al.
Λ optical potential by Yamamoto-Bando 1988
JLM近似
ΛA potential の Imaginary partのoriginはNAと同じ: Wscat
W= Wconv+ Wscat
Wscatがp-nucleus の虚部分に対応
強い虚部分の存在！
Dabrowski
W∑<WN<WΛ
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
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・・・
∑∓-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
Calculated by Furumoto
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
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
Features of ESC04d and NHC-D
Mass-dep of BΞ
Lane term
light Ξ-states
Conversion width
ESC04d
NHC-D
weak
strong
strong
○
large
weak
△
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！
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
多体系のダイナミクス
高密度状態の物理
（中性子星内部の研究）
Shell 模型
J-PARC
YN散乱実験
Few-body計算
Cluster模型
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
J-PARC
高分解能ガンマ線実験
ペタコン
おわり
arXiv:0801.0879v1 6 Jan 2008
デタラメ例
Uσσ
-1.37
-0.96
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
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
玉垣さんのテキストより
π π
ΛN-ΣN coupling を荷う実体は πである
ΛN-ΣN tensor は NN tensor と同質
dominated by π
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
Calculated by Furumoto
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
ΞＮ 13S1- state attraction
PS
Canceling of
V and A
Attraction
of S appears
V
ω
cancel
S
ε
attractive
A
a1
Contributions from PS-, S-, V-, AV-mesons
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？
ΛΛ attraction owing
to ΛΛ-ΞN coupling
Ξ statesの幅を
大きくする悪役

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