こちら！ - 小沢研究室

ハドロン物理実験
小沢　研究室
ハドロン物理とは？
} 
ハドロン
} 
} 
} 
} 
} 
強い相互作用をする粒子
バリオン（核子など）
メソン（π中間子など）
要は「クォーク」からなる粒子
強い相互作用による質量と実際の質量の比
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
QCD / Total
Mass
u
d
s
c
b
t
ハドロン物理とは？
} 
ハドロンの内部にあるクォークを理解したい
} 
} 
} 
ハドロン相互作用を理解したい
} 
} 
} 
2
裸のクォークと内部クォークは同じ量子数を持つが、質量が違う。
ヒッグス機構に加えて、動的な質量獲得機構が必要
強い相互作用：クォーク間の相互作用
それが如何にハドロンの相互作用を形成するのか？
強い相互作用の織りなす物質相構造を理解したい
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
強い相互作用は、なぜ不思議か？
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。
3
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
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。
4
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
これを、クォークの閉じ込め、と呼ぶ。
非摂動論領域における描像：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
cs
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
5
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
いうのが、対称性の自発的破れ　ハドロン質量に関する対称性
高温　高密度
カイラル対称性が存在
Mass ~ 0 (Higgs only)
When T and ρ is
going down,
Vacuum
q
Vacuum
q
Quark – antiquark pairs make a
condensate and give a potential.
Chiral　symmetry is breaking,
spontaneously.
Vacuum contains quark
antiquark condensates.
So called “QCD vacuum”.
6
π as a Nambu-Goldstone boson. 研究室ガイダンス　小沢研
http://high-p.kek.jp
QCDの相構造とカイラル対称性の破れ
Ø Spontaneous breaking of a
symmetry is marked by:
* a non-zero order
parameter, the quark
condensate <qq> in the case
of QCD
heavy ion reactions:
A+A→V+X
mV(ρ>>ρ0;T>>0)
< qq >≈ 250MeV
< qq >≈ 0
3
High T
High ρ
At Nuclear Density
γ, π. p - beams
SPS
J-PARC
LEPS2
elementary reaction:
γ, p, π → V+X
mV(ρ=ρ0;T=0)
RHIC
LHC
7
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
実験施設　J-PARC
Hadron Experimental
Hall
8
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
Hadron Hall
NP-HALL
56m(L)×60m(W)
9
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
10
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
実験装置
} 
Gas Electron Multiplierという最新鋭の
検出素子を使った、これまでにない検
出器の開発
} 
大規模な検出器群の建設
} 
実験を行う新たなビームラインの建設
11
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
さらに、QCD相図の世界へ
Quark Gluon Plasma
の世界
高密度の世界
FAIR-CBM
LHC
ハドロン構造の探究
B-Factory
ハドロンの内部構造へ
Spring-8
Di-quark correlation
12
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
ハドロンの物理実験
} 
ハドロンが生成される実験施設ならば、アイデア次第で
実験が出来ます。
} 
} 
} 
理研やRCNPにおいてπ中間子原子を用いた実験
T2K（ニュートリノ実験）におけるニュートリノ核子散乱
まだまだ、面白い実験がたくさんあって、人手が足りない。
13
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
GSI/FAIR HADES実験 / RHIC / LHC
FAIR 工事中
Weizmann研究所（イスラエル）
などとの国際協力
HADES　移設前
14
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
小沢研究室
} 
構成員は10人
} 
} 
} 
} 
} 
} 
} 
} 
連絡先：[email protected]
} 
} 
小沢　恭一郎　（准教授）
小松　雄哉　（博士3年）
中井　恒　（博士3年）
菅野　光樹　（博士3年）
渋川　卓也　（博士2年）
小原　裕貴　（博士2年）
村上　ひかり　（博士1年）
見学は、いつでも受付中
居室：KEK 4号館306号室
15
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
研究の基本は、“人材”
おたく
体育会
物理が好き
16
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
Back ups
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
18
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
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
Chiral symmetry
Gluon
Divide with
quark chirality
Neglect
mass
(if m ~0)
V(q)
Symmetric in
rotation
The lagrangian does not change under the
transformation below .
This symmetry is called as Chiral
symmetry.
19
q
2008/10/24
ASIA Science seminar, K. Ozawa
KEKにおける過去の実験結果（原子核中）
ρ/ω
Excess
φ
Cu
Excess
βγ<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/φ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。
20
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
質量変化を如何に測定するか？
} 
崩壊を用いた原子核内質量スペクトラムの測定
ＱＣＤ和則を用いると、スペクトラムの平均がクォーク凝縮（カ
イラル対称性の破れの秩序変数）と関係づけられる。
} 
} 
右図のようなダブルピーク
構造が測定できれば、ハ
ドロン物理実験のブレーク
スルー
21
陽子
標的
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
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)
}  KΣ-KΛ 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 φ
K*→K+γ
} 
} 
Small Final state interaction with K
Stopped φ中間子
} 
} 
22
原子核中で静止したφ中間子の質量分布
反陽子入射と2 φ 生成反応（1 φ tagging）
γ
K*
γ線検出器
K
K
spectrometer
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
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
23
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
@LHC
PbPb collisions @ √sNN = 2.76 TeV
ATLAS, arXiv:1011.6192, PRL accepted
ALICE Jet Energy loss by high density QCD matter
24
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
ハドロン物理の広がる可能性　B-Factory
素朴なクォーク模型からは
予想できない新粒子の発見
Y
25
Belle, PRL 99(2007), 142002
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
Super KEK B & BELLE II
∫Ldt =1ab-1
∫Ldt =50ab-1
電磁カロリメータより内側は、総
とっ換え
検出器建設のチャンス！
26
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp
その他の可能な展開
} 
ガンマ線ビームを用いたハドロン物理への展開
} 
} 
} 
} 
B-Factory/BELLEでのハドロン物理
} 
} 
} 
東北大電子光理学研究センターでの実験
Spring-8/LEPS II 実験
既に、学生1名が参加中
予想外のハドロンの発見など新しいハドロン物理が始まっている。
KEK内の施設であり、学生の研究への参加は容易。
ATLAS実験・重イオン
} 
} 
} 
27
LHC-ATLAS実験には、重イオン実験も遂行中。
現状では、可能性を検討中。
本人のやる気次第で、新しい道を開ける可能性。
研究室ガイダンス　小沢研 http://high-p.kek.jp

Download Report