J-PARC ハドロン実験施設において実施したグザイハイパー核分光実験 (E70 実験) のデータ取得を完了しました。

地上に存在する物質の原子核は素粒子であるアップクォーク (u)、ダウンクォーク (d) の組み合わせで成る核子で構成されます (陽子 = uud、中性子 = udd)。本実験研究では、ストレンジクォークを 2 つ含むバリオンであるグザイ粒子 (ssd) を原子核に束縛させた特殊な原子核・グザイハイパー核を高エネルギービームで人工的に生成します。そして、その質量を精密に測定することで、グザイ粒子と核子の間に働く強い相互作用 (ΞN 相互作用) に関する新たな知見を得ることを目的としています。グザイハイパー核は写真乾板を用いた実験により数例の観測例があるのみであることから、ΞN 相互作用の強さやスピン依存性等の詳細な性質は明らかにされていません。J-PARC E70 は、グザイハイパー核の束縛事象を 100 イベント以上の高統計で、かつ 2 MeV (半値全幅) といった高エネルギー分解能で観測すること目指した実験研究です。

この世界最高感度でのグザイハイパー核測定には、特に以下の 3 つの実験要素がカギとなります：

• K1.8 ビームラインが供給する大強度 K 中間子ビーム
• 高い運動量分解能を有する新しい磁気分光器 S-2S
• エネルギーストラグリングを事象毎に補正する有感標的

本研究たのめに 10 年以上の年月をかけて研究開発と準備を進め、今年より物理データの取得をはじめましたが、計画していた量のデータの取得を完了しました。これから本格的にデータ解析を行い、1～2 年のうちには結果をまとめて公表できればと考えています。

Data acquisition for the Xi hypernuclear spectroscopy experiment (E70 experiment) conducted at the J-PARC Hadron Experimental Facility has been completed. The nuclei of matter existing on Earth are composed of nucleons, which are combinations of the elementary particles up quarks (u) and down quarks (d) (proton = uud, neutron = udd). In this experimental study, we artificially produce a special nucleus called a Xi hypernucleus by binding a Xi particle (ssd), a baryon containing two strange quarks, to an atomic nucleus using a high-energy beam. The aim is to gain new insights into the strong interaction between Xi particles and nucleons (ΞN interaction) by precisely measuring its mass. As there are only a few observed cases of Xi hypernuclei using photographic emulsion experiments, detailed properties such as the strength and spin dependence of the ΞN interaction have not been clarified. J-PARC E70 is an experimental study aimed at observing Xi hypernuclear binding events with high statistics of over 100 events and high energy resolution of 2 MeV (full width at half maximum).

For this measurement of Xi-hypernuclei with the world's highest sensitivity, the following three experimental elements are key:

• High-intensity K meson beam supplied by the K1.8 beamline
• New magnetic spectrometer S-2S with high momentum resolution
• Active target that corrects energy straggling for each event

For this research, we have spent over 10 years on research, development, and preparation. This year, we began acquiring physical data and have completed the collection of the planned amount of data. From now on, we will conduct full-scale data analysis, and we hope to publish the results within 1-2 years.

参考文献 References

• T. Gogami et al., "Strangeness physics programs by S-2S at J-PARC", EPJ Web of Conferences 271, 11002 (2022); https://doi.org/10.1051/epjconf/202227111002
• T.K. Harada et al., "High resolution spectroscopy of Ξ hypernuclei with active fiber target", EPJ Web of Conference 271, 03006 (2022); https://doi.org/10.1051/epjconf/202227103006