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小沢研究室紹介 大学院を志す人のために. 素粒子・原子核物理学とは? 自然を支配する基本法則はどのようなものか 物質を構成する究極の要素は何か 宇宙はなぜ現在の姿になっているのか 宇宙にはどのような物質が存在し、それはどのように作られ たのか 2000年以上も前から人類の探究心を駆り立ててやまないこれら.

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1 小沢研究室紹介 大学院を志す人のために

2 素粒子・原子核物理学とは? 自然を支配する基本法則はどのようなものか 物質を構成する究極の要素は何か 宇宙はなぜ現在の姿になっているのか 宇宙にはどのような物質が存在し、それはどのように作られ たのか 2000年以上も前から人類の探究心を駆り立ててやまないこれら の問いに答えること、これが素粒子原子核物理学の究極の目標であ る。 研究室ガイダンス 小沢研 日本学術会議 物理学委員会 素粒子・原子核物理学分科会報告 基礎物理学の展望 ~素粒子・原子核研究の立場から~ 及び 初田氏スライドより引用 2

3 研究室ガイダンス 小沢研 3 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

4 研究室ガイダンス 小沢研 我々の挑戦 4 この辺の研究

5 クォーク閉じ込めの研究  クォーク・グルーオン・プラズマの生成  高エネルギー重イオン衝突実験(米国ブルックヘブン研 究所)  QCD Lattice 計算予想より十分大きなエネルギー密度を達成可能   > 5 GeV/fm 3 を達成! (cf. 計算では、 1 GeV/fm 3 以上で QGP) 研究室ガイダンス 小沢研 5  高温状態によってクォークの閉じ込めを破る。

6 ブルックヘブン研究所 RHIC & PHENIX 我々の研究室では、 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 6 金 金 生成粒子

7 閉じ込めの破れの直接証拠~ J/  粒  量の減少 カラー遮蔽効果によってQGP中での収量減少 閉じ込めの破れを示す直接証拠 現在、確定的な結論を出すため、実験継続中 研究室ガイダンス 小沢研 7 真空中の J/ ψ 粒子 閉じ込められている閉じ込めが破れた 高温状態高温高密度状態 周囲のカラー荷で遮蔽

8 質量獲得機構の研究~ ρ, ω, φ の質量変化 研究室ガイダンス 小沢研 8 真空中の φ 中間子 高温状態 ss ss 質量変化が直接的な観測量  決定的な測定を計画中 カイラル対称性の自発的破れは、 超伝導の相転移と同じ(普遍法則の存在) 真空中に反クォーク・クォークが凝縮し カイラル対称性が自発的に破れている “ 真空中 ” の反クォーク・ クォーク凝縮が解けてカ イラル対称性が回復 反クォーク・ クォーク凝縮が解 けることによる質 量変化

9 原子核を用いた質量起源の研究~ J-PARC 同様の研究は、原子核を用いても可能 研究室ガイダンス 小沢研 9 ss 埋め込む 密度効果により反クォーク・クォーク凝縮が “ 一部 ” 解 けて原子核中でカイラル対称性が “ 部分的 ” に回復 φ 中間子 原子核 原子核中に中間子を生成  、  より  を  定 超伝導において、温度ではなく磁場をかけると相転移を起こすのと同様の現 象

10 研究室ガイダンス 小沢研 Cu  <1.25 (Slow) Excess KEK 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 /  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  10 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。

11 J-PARC へ  さらに、大強度のビームを求めて、 J-PARC へ 研究室ガイダンス 小沢研 11 Hadron Experimental Hall

12 Hadron Hall 研究室ガイダンス 小沢研 12 NP-HALL 56m(L)×60m(W)

13 Hadron Hall 研究室ガイダンス 小沢研 13

14 研究室ガイダンス 小沢研 14 High p T

15 研究室ガイダンス 小沢研 15

16 研究室ガイダンス 小沢研 16

17 J-PARC での系統的研究  明確な原子核内質量スペクトラムの測定が必要  例えば、 Tail ではなく、 Double Peak  分散関係の測定によるモデルへの強いコンストレイン  QCD的には、スペクトラムの平均が凝縮と関係づけら れる 研究室ガイダンス 小沢研 17 陽子 標的

18 高統計・精密測定 (E16)  分解能の向上  5 MeV/c 2 を目標( 2 倍)  分散関係の測定(統計 100 倍)  10 倍のビーム量( per spill )  5 倍のアクセプタンス、 2 倍の断面積 [GeV/c 2 ] 研究室ガイダンス 小沢研 18

19 研究室ガイダンス 小沢研  中間子を原子核内に止めて測定 (P26)  生成時の前方中性子と ω 中間子崩壊の γ 線を同時測定  ω 中間子が原子核内に静止したものを選択的に測定  原子核中での ω 中間子質量変化を 1 %の精度で測定 19       n   A   + n+X  00 自由空間 原子核中

20 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)  K  -K  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   K*  K+   Small Final state interaction with K  Stopped  中間子  原  中間子の質量分布  反陽子入射と 2  生成反応( 1  tagging ) K*  線検出器 K spectrometer K  研究室ガイダンス 小沢研 20

21 研究生活 研究室の大学院生になると何ができるか?

22 実験の一生 考える作る実験する解析する すべての段階が、今すぐに、経験可能 J-PARC RHIC 研究室ガイダンス 小沢研 22

23 例えば、僕が学生時代に作ったもの 研究室ガイダンス 小沢研 23

24 研究室ガイダンス 小沢研 24

25 現在、君達が作り上げるもの GEM  J-PARC での実験に向け、企業と 協力し、最先端の検出器を開発 中  修士 1 年間の成果として、世界最高 レベルの性能を達成 研究室ガイダンス 小沢研 25 最終的に、自分の実験と誇れる実験とな る

26 大学での研究の基本は、 “ 人材 ” おたく体育会物理か実験が好き 研究室ガイダンス 小沢研 26

27 小沢研究室  実験の研究室  最近出来た研究室で、構成員は五人  小沢 恭一郎 (講師)  宇都宮 和樹 (修士 2 年)  渡辺 陽介 (修士 2 年)  小松 雄哉 (修士 1 年)  桝本 新一 (修士 1 年)  専門は、強い相互作用 (Quark) の物理  米国と日本で実験  連絡先:  小沢の居室: 1 号館 310 号室  原子核グループ研究室: 305 号室, 307 号室, 308 号室 研究室ガイダンス 小沢研 27


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