研究活動報告 - 原子核・ハドロン物理学研究室

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[分野別|施設別]

• 核力および核構造
• 核物質／相転移
• ストレンジネス核物理
• 高エネルギースピン物理
• 基礎物理
• 加速器および実験施設関係

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• 陽子弾性散乱の完全実験によ る媒質効果の検証(RCNP-E7,E69,E109)
• 陽子弾性散乱の完全実験 による中性子分布の測定 (RCNP-E109)
• (p,2p) 反応の散乱粒子の偏極 移行量測定による媒質効果の検証(RCNP-E98)
• π中間子の準弾性散乱による媒質効果の検証 (KEK-PS E352)

  メソンや核子といったハドロンの質量、相互作用の強さなどの性質は周りにぎっしり核子が詰まっている原子核内と自由空間とでは大きく異なることが期待されている。これを媒質効果と呼んでいる。核子あたりのエネルギーが数百MeV といった中間エネルギー領域では、核力の結合定数、交換するメソンの質量等で散乱を直接表現できる。そこで媒質効果を実験で示し、変化の規則性を知るために、弾性散乱や非弾性散乱、(p,2p)反応などの実験を行なっている。

• 零度陽子非弾性散乱の偏極移行測定によるスピン依存相互作用の研究(RCNP-E96)
• 零度陽子非弾性散乱の偏極移行測定と崩壊粒子測定による巨大共鳴の研究(RCNP-E108)
• 超前方角度での陽子非弾性散乱の偏極移行量測定による原子核のスピン・アイソスピン励起モードの研究 (RCNP-E137)

  入射エネルギーが 300MeV から 400MeV の陽子散乱は原子核中での平均自由行程が長く、反応はほとんど直接過程で起こるために核内のプローベとして非常に適している。我々は世界で唯一の陽子散乱のスピン偏極を零度まで測定可能な焦点面スピン分光器を開発し、原子核のスピン励起を相互作用と構造の両面から精密に調べている。特に、零度における全スピン偏極量はスピン反転と非反転の励起をほぼ完全に分離でき、種々のモードの共鳴を崩壊粒子の同時測定も併せることによって微視的に解明することを試みている。

• 零度における(³He,t)反応とガモフ・テラー遷移強度 (RCNP-E54,E113,E114,E132,R12,R16)
• 崩壊同時測定によるガモフ・テラー共鳴とスピンフリップ双極子共鳴の微視的構造の研究 (RCNP-E34,E53,E63,E65,E79,E80,E84,E97)
• (t,³He)反応によるスピン・アイソスピン励起(NSCL-94002,96018)
• (⁶Li,⁶He)反応によるスピン・アイソスピン励起(RCNP-E68)

  原子核におけるアイソスピン反転励起は弱い相互作用のβ崩壊と密接に関連しており、例えばスピンもアイソスピンも反転し、軌道角運動量の移行が小さいガモフ・テラー遷移は零度の荷電交換反応によって良く調べる事ができる。特に(³He,t)反応のように反応前後が荷電粒子である反応を用いると検出効率やエネルギー分解能が高く、共鳴状態からの崩壊陽子や崩壊γ線との同時測定はその微視的構造の解明の有力な手段となる。また、標的核を選ぶことによって逆β崩壊を利用するニュートリノ検出器の較正を与えることもでき、最近ではβ⁺ 側の励起を調べるために２次ビームの triton を用いた (t,³He)反応の測定を行うなど精力的に実験を行っている。

• ¹¹Be磁気モーメント測定 (Tandem V.D.G)

  ¹¹Beは中性過剰核として興味がもたれている質量数が11の同重体の１つである。偏極した不安定核を生成する方法の1つとして10MeV程度の偏極重陽子をもちいた（d,p)反応の反跳核を用いる方法が知られている。¹⁰Be（これ自身が不安底核であるが）を標的とすることにより、偏極した¹¹Beを生成し、磁気モーメント等を調べる計画である。偏極イオン源の開発と平行して、¹⁰Be(d,p)¹¹Be反応で生成される¹¹Beを測定した。これまでに¹¹Beのβ崩壊を用いた寿命の測定やγ線のエネルギーの測定から¹¹Beの生成は確認されている。現在は¹¹Beの偏極の確認と放出陽子の直接測定を試みている。

• 軽い核の深部空孔状態からのクラスター崩壊の測定(RCNP-E81,E110)

  原子核の高励起状態において巨大共鳴状態と並んでその微視的な構造が良く調べられていないものに深部空孔状態がある。これは殻構造における最も深い 1s 状態の核子が抜けた励起に対応し、我々は ¹²C,¹⁶O の(p,2p)反応によって ¹¹B,¹⁵Nのs-hole 状態を励起し、崩壊に際して放出されるp,d,t,α粒子の分岐比を測定した。特に軽い核では空間の SU3 構造を反映して単純な統計的崩壊とは異なることが予言されており、これはまた、核内の核子がΛ粒子となって生成されるハイパー核の崩壊様式や水チェレンコフ装置での核子の消滅測定に対しても有益な知見を与えることになる。現在、データの解析中である。

• 数百MeVでの⁴Heからの弾性散乱(RCNP)

  ⁴Heは、中心部分に通常の飽和核密度より非常に高い密度を持つと予測されいる原子核である。 この高密度からなんらかの情報を得る目的で、我々はRCNPのリングサイクロトロンの300MeVの偏極陽子ビームを用いて⁴Heからの弾性散乱の実験をおこない、そのデータを相対論的インパルス近似を用いて微視的解析を行なっている。

• α粒子による単極子巨大共鳴 GMR (Giant Monopole Resonance)の測定 (RCNP-E112)
• α粒子によるアイソスカラー型双極子巨大共鳴 ISGDR (Isoscalar Giant Dipole Resonance)の測定 (RCNP-E133)

  原子核の巨大単極共鳴の測定から得られる圧縮率は原子核内の核子の振舞いを記述する方法の善し悪し判断する決め手といわれているが、各種のモデルや超新星爆発から要求される値には大きな食い違いを残したままである。それにはまず実験データを確立する必要がある。最近、零度近傍での非弾性散乱をきれいに測定する技術を確立したので詳細な測定が可能になった。変形した原子核での単極共鳴、あるいは巨大アイソスカーラー双極共鳴などを測定し、これまでと異なった方法で圧縮率を抽出し、実験データから圧縮率を求める過程の問題を検討している。

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• φ中間子崩壊を用いた中間子質量に対する核物質効果の測定(KEK-PS E325)

  この実験は、原子核中での φ中間子の崩壊（K中間子対・電子対への崩壊比、および invariant mass 分布）を測定し、核物質中での中間子質量の変化を実験的に捕らえることによりカイラル対称性の部分的回復に関する知見を得ることを目的とする。

• 標的核多重破砕反応 (KEK-PS E337, E393 / NIRS-HIMAC)

  高エネルギーハドロンが中重核に衝突した際、質量数が６より大きい低エネルギー複合粒子が放出される反応が起こる。この反応は標的核多重破砕反応と呼ばれ、比較的低励起状態では「普通物質」の世界での液滴に対応していた原子核が、内部励起を高くすることによって、最終的にバラバラな「気体」的な核子の集まりに変わる過程、原子核物質の液相ー気相相転移、に関する情報をもたらしてくれると期待されている。京大を中心としたMultiグループでは、高エネルギー加速器研究機構の陽子シンクロトロンや放射線医学総合研究所の重イオンシンクロトロンを使って標的核多重破砕反応を系統的に調べている。

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• 静止K^-法を用いたハイパーフラグメントのγ線分光 (KEK-PS E509)
• ハイペロン・核子散乱実験 (KEK-PS E452)
• 広角ゲルマニウム検出器を用いたハイパー核のγ線分光 (BNL-AGS E930)
• エマルションとシンチレーティング・ファイバーを用いたダブル ハイパー核の研究 (KEK-PS E373)
• 円筒型検出器システムを用いたダブル ハイパー核の研究 (BNL-AGS E906)
• ハイペロン・核子散乱実験 (KEK-PS E289)
• シンチレーティング・ファイバーを用いたダブル ハイパー核の研究 (BNL-AGS E885)
• シンチレーティング・ファイバーを用いたダブル ハイパー核の研究 (KEK-PS E224)

  ストレンジネスを含む原子核は良く知られておらず、その研究は核物理のフロンティアです。われわれはシンチレーションファイバー検出器、新しいハイブリッドエマルジョン法、大立体角Ge検出器 (Hyper-ball) などの新しい実験装置を開発して、新しいハイパー核やクォーク物質を発見し、ハイペロンー核子相互作用を明らかにすることをめざしてKEKやBNLで多くの実験を行っています。またSPring8でも実験を計画中です。

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• 米国Brookhaven研究所のRHIC(Relativistic Heavy Ion Collider)における クォーク・グルーオン・プラズマ状態と核子のスピン構造の研究(BNL-RHIC)

  1999年より稼働する米国Brookhaven研究所のRHIC(Relativistic Heavy Ion Collider)衝突型加速器においてQuantum Chromodynamics (QCD) の研究は新しいステージに突入する。相対論的エネルギー領域におけるはじめての重イオン衝突においては理論的に予測されながも未だ観測されていないクォークとグルーオンのプラズマ状態の生成が期待されている。また、RHICは世界初の偏極陽子の衝突も実現する。偏極陽子の衝突実験はスピンをプローブにして核子の構造の謎を解きほぐす事を目的としている。我々のグループは大型検出器PHENIXの建設に参画し、これらの問題の解決に向け研究を進めている。

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• 中性子共鳴反応における時間空間反転対称性の破れに関する研究 neutrons(KEK-BSF-PEN/LANL-TRIPLE)
• 結晶電場を用いた中性子電気双極子能率の測定
• 多層膜冷中性子干渉計の基礎物理への応用 (KUR/JAERI Neutron Interferometry)
• リュードベリ原子を利用した暗黒物質アクシオンの探索

  素粒子・原子核・宇宙の分野に拘ることなく、 例えば中性子散乱や低温物理/原子物理の分野の現象/手法も使って、 観測問題の実験的研究・対称性の破れの測定・暗黒物質の探索 等、 広く基礎物理に取り組んでいきます。

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• 偏極イオン源 PIS (Polarized Ion Source) 開発(Tandem V.D.G.)

  タンデム加速器イオン源室には原子線型偏極負イオン源が設置されている。水素分子を解離して原子線とし、高磁場永久磁石により発生する六極磁場中で電子のスピン状態が選ばれる。続く弱磁場の高周波遷移で水素原子核に偏極が移され、さらに電子サイクロトロン共鳴(ECR)により原子を正イオンにし、Cs蒸気中を通して偏極した水素負イオンとしている。現在スピン方向の制御のためにウィーン フィルターの設置を準備している。

• 加速器質量分析法 AMS (Accelerator Mass Spectrometry)(Tandem V.D.G.)

  タンデム加速器の最高ターミナル電圧が8MVと高いことを生かし、10Be、14C等の軽い元素の長半減期放射性同位体だけでなく、36Cl、59,63Ni、129I等の重い元素の超高感度測定を目指している。標準技術として14C測定を開発した。これまでに高い加速器透過効率の実現と12C、13C、14Cを逐次入射することにより、モダンの炭素よりは２桁程度低い14C/12C比の測定ができることを示した。より重い元素の測定に拡張するために、飛行時間差による同位体の識別と加速粒子から発生するＸ線測定による同重体の識別の開発を進めている。

• RCNP WSコースの開発 (RCNP)

  核媒質効果、あるいはその応用としての核構造の研究あるいは巨大共鳴の研究に欠かせないのが、クリーンなビーム、エネルギー幅の非常に狭いビームである。これまでより一桁以上の性能向上を目指した新しいビームコースをRCNP, 阪大理と共同でRCNP に建設中である。2000年4月にはエネルギー分解能 0.007% のビームコースが完成予定である。

• 反跳粒子スペクトロメータ RPS (Recoiled Particle Spectrometer)の開発 (RIKEN)

  理研に建設中のRadio Isotope Beam Factory では核子あたり 400 MeV の不安定核ビームによる実験が可能になる。水素標的による散乱はちょうど400 MeV 陽子による不安定核からの散乱と同じになる。 そこで媒質効果の応用として散乱から不安定核の密度分布を抽出することを目指して、反跳粒子スペクトロメーターの開発を行なっている。

• SPring-8 レーザー電子光装置における検出器開発 (SPring-8)

  8 GeV 電子ビームに短波長レーザー光を当てて逆コンプトン散乱に依ってマルチGeV の偏極γ線を発生させるレーザー電子光装置が SPring-8 に建設中である。1999年6月末に最初のレーザー電子光の発生に成功し、秋以降それを用いてのクォーク核物理の実験が始まる予定である。我々は、主として反応後放出される荷電粒子の軌道測定のための大型ドリフトチェンバーの開発を担当して性能試験を行っている。

何か問題があればWebマスター (www@nh.scphys.kyoto-u.ac.jp) にご連絡下さい。