ハドロン物理実験
ハドロン物理とは？
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 2 }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
}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
} 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 }ハドロン相互作用を理解したい
} 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
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1u d s
c b
t
QCD / Total Mass 強い相互作用による質量と実際の質量の比強い相互作用は
、
なぜ不思議か？
グルーオンを交換するFeynman図 赤クォーク 赤クォーク 青クォーク 青クォーク反赤
-
青
混合色 グルーオン
3 研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp途中に交換されるグルーオンは、必然的に色を持つ。
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。
ボソンが“電荷” を持つと何が起きるか？
電磁力の場合 ＋ － 強い力グルーオン同士も相互作用する！！
力が紐のように絞られて
、
広がらないので
距離によらず一定の力が働く
4 研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp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。
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」
実際の中間子
周りには何も無い
Non-perturbative Vacuum Perturbative Vacuumc
c
s s Perturbative Vacuumc
c
s s 真空が“詰っている”ため、 閉じ込められる。 周りには何も無いので自由に 手足を伸ばせる。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
。
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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
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
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高温 高密度
Quark – antiquark pairs make a
condensate and give a potential.
Chiral symmetry is breaking,
spontaneously.
カイラル対称性が存在
Mass ~ 0 (Higgs only)
Vacuum contains quark antiquark condensates. So called “QCD vacuum”. q q Vacuum Vacuum
When T and ρ is
going down,
π as a Nambu-Goldstone boson.
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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
m
V(
ρ
>>
ρ
0;T>>0)
SPS
LHC
RHIC
elementary reaction:
γ, p, π → V+X
m
V(ρ=ρ
0;T=0)
γ, π. p - beams
J-PARC LEPS2 At Nuclear Density0
>≈
< q
q
3250MeV
q
q >≈
<
High T High ρ実験施設
J-PARC
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Hadron Experimental
Hall
Hadron Hall
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NP-HALL
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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
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 11さらに
、
QCD相図の世界へ
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 12
Quark Gluon Plasma
の世界
高密度の世界
ハドロンの内部構造へ
Di-quark correlation B-Factory Spring-8ハドロン構造の探究
LHC FAIR-CBMハドロンの物理実験
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 13}
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。
GSI/FAIR HADES実験 / RHIC / LHC
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 14 Weizmann研究所（イスラエル） などとの国際協力 FAIR 工事中 HADES 移設前小沢研究室
}
構成員は
10人
}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）
}
連絡先：
[email protected]
}見学は
、
いつでも受付中
}
居室：
KEK 4号館306号室
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 15研究の基本は
、
“人材”
おたく
体育会
物理が好き
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 16研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 18 時間 Big Bang W Z ν クォークの閉じ込 めによるハドロン の形成 クォーク・ グルオン の世界 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 ハドロン の世界 原子核 の世界 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 太陽 超新星爆発 中性子星 超新星爆発 を起こす核 反応 中性子星の 構造を支え るクォーク Higgs 相転移
Chiral symmetry
2008/10/24 ASIA Science seminar, K. Ozawa 19
The lagrangian does not change under the
transformation below .
This symmetry is called as
Chiral
symmetry
.
V(q)
q
Symmetric in rotation
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Cu
βγ<1.25 (Slow) ExcessKEKにおける過去の実験結果（原子核中）
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
Excess 電子・陽電子対不変質量分布ρ/ω
φ
20
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
。
陽子 標的
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
。
研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 21}
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
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
}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）
K* γ線検出器 K spectrometer K γ 研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 22ブルックヘブン研究所
RHIC & PHENIX
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
ＰＨＥＮＩＸ 研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp 23金
金
生成粒子 生成粒子@LHC
24 研究室ガイダンス 小沢研 http://high-p.kek.jp ATLAS, arXiv:1011.6192, PRL accepted
PbPb collisions @ √sNN = 2.76 TeV
Jet Energy loss by high density QCD matter
