電子によるハイパー核の精密分光

米国ジェファーソン研究所に於ける国際共同実験 E01-011(HKS), E05-115 (HES)と E12-15-008

 

ジェファーソン研究所はヴァージニア州ニューポート・ニューズ市(ワシントンD.C.の南300km)にあります。 この研究所にある CEBAF(超伝導連続電子線加速器)は世界で唯一、高品質電子線ビームによって、ハイパー核を電磁生成することができる粒子加速器です。

HallC と呼ばれる実験室で、我々が製作した高分解能K中間子スペクトロメータ (HKS) を使った実験(第二世代ハイパー原子核分光実験 E01-011)を2005年に行いました。 さらなる精度向上を目指し高分解能散乱電子スペクトロメータ (HES) の設計製作を進め2009年に成功裏に終了しました。

現在準備中の実験は、ジェファーソン研究所の実験プログラム諮問委員会(Program Advaisory Committee)から2016年7月に評価A(最高評価)を受け、E12-15-008として実験を進めて行くことを認められました。

超伝導連続電子線加速器と実験ホール

電子ビームでハイパー核を作る
 

電子線ビームが標的中の原子核と反応して仮想光子を生成します。 その際に、散乱された電子は散乱電子スペクトロメータENGEで測定されます。 仮想光子は標的中の陽子をラムダ粒子に変換します。 ラムダ粒子はストレンジクォークを持っているため、反ストレンジクォークを同時生成する必要があります。 反ストレンジクォークは K+ 中間子として放出され、東北大学が設計、製作した高分解能 K 中間子スペクトロメータ (HKS) で観測されます。

陽子や中性子は同じ量子状態を占めようとする同種粒子と反発するので、(この性質はパウリ排他律と呼ばれます)、陽子や中性子を外から原子核の内部に埋め込むのは非常に困難です。 しかしながら、ラムダ粒子に関してはそうではありません。 ラムダ粒子は陽子や中性子とは別種の粒子なので、核子からのパウリ排他律には制限を受けません。 このため、ラムダ粒子は原子核の内部深くを研究するための非常に強力なプローブ(探針)となります。

 

Hall C

JLab Hall C で、K中間子測定器 (HKS) 側電磁石の下半分が組み立て終わったときの写真です。 右端に見える東北大学の研究員・大学院生 (丸で囲った中)と比べるとその大きさが分かります。 HKS は総重量 250 トンの電磁石とさまざまな検出器から構成されます。

 
HKS コラボレーションの写真

右は、スペクトロメータの前での HKS (Jlab E01-011) コラボレーション集合写真です。

 


 

HES と HKS

E01-011 実験は、成功裏にデータ収集を行いました。 さらなる高統計、高分解能でハイパー原子核の分光実験を行うため、我々は新たな高分解能散乱電子スペクトロメータ(HES)を設計・製作中しました。 2007年度中には HES は完成し、2009年に実験を行いました。