小沢研究室紹介

小沢研究室紹介
大学院を志す人のために
クォークの閉じ込
めによるハドロン
の形成
安定な物質
を作るため
の核力コア
原子核反応
による発光
超新星爆発
を起こす核
反応
太陽
Big Bang
W
Z
Higgs
相転移
ν
クォーク・
グルオン
の世界
時間
2
超新星爆発
ハドロン
の世界
原子核
の世界
中性子星の
構造を支え
るクォーク
中性子星
反クォーク・クォーク対凝縮
によるカイラル対称性の自
発的破れと質量の獲得
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小沢研究室の挑戦
この辺の研究
メインテーマ：強い相互作用
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クォーク閉じ込めの研究
高温状態を加速器で再現し、クォークの閉じ込めを破る。


クォーク・グルーオン・プラズマの生成・発見
高エネルギー重イオン衝突実験（米国ブルックヘブン研究所）
QCD Lattice計算予想より十分大きなエネルギー密度を達成可能
 e > 5 GeV/fm3 を達成！(cf. 計算では、1 GeV/fm3以上でQGP)

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ブルックヘブン研究所 RHIC & PHENIX
生成粒子
金
ＰＨＥＮＩＸ
金
生成粒子
我々の研究室がPHENIXでは、
電子同定用検出器（ＲＩＣＨ）の運用
閉じ込めの破れの直接証拠の検出
高温状態での質量起源の研究
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RHICにおける質量獲得機構の研究
真空中のφ中間子
Non-perturbative Vacuum
cs
高温状態
反クォーク・クォーク
凝縮が解けることに
よる質量変化
cs
Perturbative Vacuum
真空中に反クォーク・クォークが凝縮し
カイラル対称性が自発的に破れている
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c
s
cs
Perturbative Vacuum
“真空中”の反クォーク・
クォーク凝縮が解けてカイラ
ル対称性が回復質量変化
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RHICにおける質量獲得機構の研究
真空中のφ中間子
Non-perturbative Vacuum
cs
cs
Perturbative Vacuum
高温状態
変化？
c
s
cs
Perturbative Vacuum
質量変化が直接的な観測量中間子の崩壊により媒質中の質量を直接測定
カイラル対称性の自発的破れは、
超伝導の相転移と同じ（普遍法則の存在）
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新たな検出器と高統計データ
新検出器
Weizmann研究所（イスラエル）
と協力してデータ解析中
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J-PARCへ
さらに、大強度のビームを求めて、J-PARCへ

Hadron Experimental
Hall
9
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Hadron Hall
NP-HALL
56m(L)×60m(W)
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Hadron Hall
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High pT
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原子核を用いた質量起源の研究＠J-PARC
原子核は、世界で最も密度の高い物質
原子核
φ中間子
Non-perturbative Vacuum
埋め込む
cs
cs
Perturbative Vacuum
密度効果により反クォーク・クォーク凝縮が“一部”解けて
原子核中でカイラル対称性が“部分的”に回復質量減少
超伝導において、温度ではなく磁場をかけてもクーパー対が破れるのと同様の現象
原子核中に中間子を生成し、その質量変化を測定
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J-PARCでの系統的研究

明確な原子核内質量スペクトラムの測定が必要



例えば、Tailではなく、Double Peak
分散関係の測定による理論への基礎データの提供
ＱＣＤ的には、スペクトラムの平均が凝縮と関係づけられる
Cu
Excess
陽子
標的
bg<1.25 (Slow)
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高統計・精密測定(E16)

分解能の向上


5 MeV/c2 を目標（2倍）
分散関係の測定（統計100倍）


10倍のビーム量（1010 per spill）
5倍のアクセプタンス、2倍の断面積
[GeV/c2]
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w 中間子を原子核内に止めて測定 (P26)

生成時の前方中性子とω中間子崩壊のγ線を同時測定


ω中間子が原子核内に静止したものを選択的に測定
原子核中でのω中間子質量変化を1％の精度で測定
p
n
w
g
mw 
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g
原子核中
p0
p-A  w + n+X
g
p p  p g 2
自由空間
p0g
gg
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さらに、新実験計画・実験参加
LHC-ALICE
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Spring8-LEPS2
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研究生活
研究室の大学院生になると何をするか？
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実験の一生
考える
Ｊ－ＰＡＲＣ, Spring-8
作る
実験する
ＲＨＩＣ, LHC
解析する
すべての段階が、今すぐに、経験可能
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例えば、僕が学生時代に作ったもの
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研究室ガイダンス小沢研
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君達が作り上げるもの

新実験に向け、企業と協力し、最
先端の検出器を開発中

修士1年間の成果として、世界最高レ
ベルの性能を達成
GEM
最終的に、自分の実験と誇れる実験となる
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大学での研究の基本は、“人材”
おたく
体育会
物理か実験が好き
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小沢研究室


実験の研究室
若い研究室で、構成員は五人









小沢
渡辺
小松
桝本
高木
恭一郎
陽介
雄哉
新一
敦子
（講師）
（博士1年）
（修士2年）
（修士2年）
（修士1年）
専門は、強い相互作用(Quark)の物理
米国と日本で実験
連絡先：[email protected]
小沢の居室：1号館310号室

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原子核グループ研究室：305号室, 307号室, 308号室, 319号室
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Back ups
素粒子・原子核物理学とは？
自然を支配する基本法則はどのようなものか
物質を構成する究極の要素は何か
宇宙はなぜ現在の姿になっているのか
宇宙にはどのような物質が存在し、それはどのよう
に作られたのか
２０００年以上も前から人類の探究心を駆り立ててやまないこれらの問い
に答えること、これが素粒子原子核物理学の究極の目標である。
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日本学術会議物理学委員会素粒子・原子核物理学分科会報告
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基礎物理学の展望～素粒子・原子核研究の立場から～及び初田氏スライドより引用
強い相互作用とは？
クォークは、グルーオンを出したり吸ったりして、
色を変えながら相互作用している。
青クォーク
赤クォーク
反赤-青混合色グルーオン
青クォーク
赤クォーク
グルーオンを交換するFeynman図
途中に交換されるグルーオンは、必然的に色を持つ。
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ボソンが“電荷” を持つと何が起きるか？
強い力
電磁力の場合
＋
－
力が紐のように絞られて、広がらないので
グルーオン同士も相互作用する！！
距離によらず一定の力が働く
どんなに遠くに二つの粒子がいても引きあってしまうので、すべて
の安定状態は、外から見て色荷が見えないような状態となる。
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これを、クォークの閉じ込め、と呼ぶ。
別の見方：閉じ込めと「真空」
閉じ込めは、僕らが「真空」と呼ぶ粒子の周りの空間の
性質によって起こっているという考え方もできる。
周りには何も無い
実際の中間子
Non-perturbative Vacuum
c
s
cs
cs
cs
Perturbative Vacuum
Perturbative Vacuum
周りには何も無いので自由
に手足を伸ばせる。
真空が“詰っている”ため、
閉じ込められる。
この真空中に詰ってしまう（凝縮）が自発的に起こって、相互作用が
本来持っていた対称性を隠し、「真空」（基底状態）を変えてしまうと
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いうのが、対称性の自発的破れ
閉じ込めの破れの直接証拠～ J/y粒子量の減少
真空中のJ/ψ粒子
高温状態
高温高密度状態
Non-perturbative Vacuum
c
c
Perturbative Vacuum
閉じ込められている
c
c
Perturbative Vacuum
閉じ込めが破れる
c
c
Color Screening
周囲のカラー荷で遮蔽
カラー遮蔽効果によってＱＧＰ中での収量減少
閉じ込めの破れを示す直接証拠
現在、確定的な結論を出すため、実験継続中
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KEKにおける過去の実験結果（原子核中）
r/w
Excess
f
Cu
Excess
bg<1.25 (Slow)
電子・陽電子対不変質量分布
このエネルギー領域でω/f中間子電子崩壊のピークを捉えた初めての実験
大立体角のスペクトロメータとしては、世界最高の分解能を達成
既存の粒子の寄与からだけでは説明できない質量分布の変化
但し、統計量が少なく、カイラル対称性が起源とは特定できず。
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さらに、将来的な実験

η中間子

バリオンのカイラル対称性に関する実験的情報
Strong Interaction η-N*
N*(1535)
 KS-KL s-wave resonance (Chiral Unitary model)
 Chiral partner of nucleon (Chiral Doublet model)



K* 中間子



Another Vector meson
Relatively Large Mass shift compared to f
K*K+g


Small Final state interaction with K
Stopped f中間子


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原子核中で静止したf中間子の質量分布
反陽子入射と2 f 生成反応（1 f tagging）
g
K*
g線検出器
K
K
spectrometer
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