クォーク模型誕生と多重発生

大場一郎

松本大重イオン研究会　　 2013 年 6 月 22,23 日　浅間温泉

１．基研を中心とした多重発生研究の誕生• 1949 年　湯川秀樹ノーベル賞• 1953 年　基礎物理学研究所設立　　　　　　　 国際理論物理学会 (9 月 )　　　　　　　　海外からの参加者、例えば　　　　　　　　　　　 Bhabha, Bloch, Feynman, Heitler, Le(’)vy,

Marshak, Mo(/)ller, Pais, Peierls, Perrin, Proca, Shiff, … • 会議にさきだって　　　　　 2 月　宇宙線ゼミナール（早川）　　　　　 3 月　核反応ゼミナール（山口）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基研研究会の先駆け　　　　　　• 所員の木庭二郎、早川幸男が多重発生の勉強会

　　 1954 年　 　　　中間子多重発生研究会　　　　　　　 福田、早川　　 1956 年 2 月　　超高エネルギー現象研究会　　　　　早川、木庭　　 1956 年 12 月　超高エネルギーシンポジウム　　　　 東京グループ（福

田、藤本）

• 1956 年 超高エネルギーシンポジウム　　　　　　東京グループ、 12 月、教育大

　多重発生理論（ Landau モデル）の問題点 福田博　統計力学的理論と場の理論　　　　　　 伊藤　多重発生と場の理論の流体的描像 　　　 並木、磯　中間子流体の状態方程式と相互作用の型　江沢、友澤、梅沢 Fermi 理論における final state interaction 　 森 -------

　空気シャワーの μ 成分　　　　　　　　　小田　ジェット シャワー　　　　　　　　　　 西村･　

○ 多重発生流体模型の場の理論的基礎付け　　　高エネルギー宇宙線による中間子多重発生（ Heisenberg ）　　　　　発生機構と強い相互作用の型が同定 ?　　　　　　カスケード /単一衝突？　　　　　　第 1 種相互作用 /第 2 種相互作用 ?

　　　 1950 年、 Schein star の観測　　　 1951 年、統計模型（フェルミ）　　　 1953 年、流体モデル（ランダウ）　⇒　比較的実験結果と　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一致する現象論的模型　　　　　　　 1957 年、並木、磯、森、・・・　　　　　　中間子場の相互作用　⇒　物理量（Ｅ、ｐ、・・・）　　　　　　　場の理論　　　　　　　　 ⇒　流体模型の適用限界評価

　　　現在のＲＨ IC 、ＬＨＣなどの加速器実験　　　　　クォーク・グルーオン・プラズマの基礎理論

２．ＩＣＥＦ（国際共同原子核乾板飛行計画）　　シカゴ大 Ｓｃｈｅｉｎの気球実験　→　小柴(N.C. 1960s )

　　原子核乾板で宇宙線による中間子多重発生事例観測　　高エネルギー核衝突　⇒　パイ中間子発生　　　　荷電粒子の　 log tanθ 　分布　　　　この分布に　複数個のクラスター　の存在　（←　丹生の 2 つの火の玉模型）

1964, Kobayashi,Namiki,I.O.,Orito, PTP 　 クラスター間の運動量移行量の多寡　→　多重発生現象の分類

　　クォークジェットのカスケード的ハドロン化模型の魁

3 ．クォーク模型と素粒子反応

1964 年　クォーク模型の提唱　 M. Gell-mann, A. Zweig 実験的質量準位を見事に説明　　　重粒子（ p,n,Λ,Σ0,±,Ξ0,- ）　 8 重項 , ・・・・ 10 重項

　　　中間子（ π0,±,, K0,+, K0,-,η ）　 8 重項　　奇妙な基本粒子　電荷： 1/3, 2/3 重粒子数： 1/3　当時の主流　　　　 8 重項を導く単なる“数学的道具”

（坂田模型・・・基本粒子（ p,n,Λ ）　重粒子 15 重項）

196 ４年（素研）、 65 年（ PTP ）　町田 - 並木　　　クォークは物理的実体　 （ qqq ） +(qqq) ⇒ 　核力の“固い芯”の説明に成功cf: 2000 年頃、理研の有馬報告　　 1977 年、 Neudatichin-Smirnov-Tamagaki, PTP　　 1980 年、 Oka-Yazaki, PL, PTP

第 1 回「宇宙線領域と加速器領域における　　　　　　　素粒子物理学」研究会、 1964 年 12 月

核力のハードコアー　　　 NN散乱の位相シフト：３S ０　、

３S1 に斥力　　　　クォーク多体系のフェルミ統計性に起因４GeV と 8GeV の πN後方散乱にピークの存在　　　構成粒子の rearrangement scattering に起因

　　　坂田のコメント　　　　分子型　 (NN^{-})＋N　　　　原子型　 (qq^{-}) + (qqq) 坂田模型とクォークモデルの区別可能 ?

3-a ．強い相互作用と双対性　　　　高エネルギー素粒子反応に現れる　　　　　　　　　　　　　　　　　ハドロンの複合粒子性1965 ， 6 年　藤本、町田、並木、 I.O. 　　　 πN 後方散乱のピーク←クォークrearrangement scat.　　　　 分子型模型と原子型模型の区別が可能？　　　 π+p → pπ+ 〇　　　　　　　　△　　 　 π- p → pπ- 　　 × 　　　　　　　　△ → nπ0 　 〇　　　　　　　　△

１９６８年　 G. Veneziano 　　双対振幅（４体）の提唱Veneziano 振幅の拡張と新たな可能性（並木、 I.O. ）　　 ○ off-mass-shell 振幅　　　○電磁相互作用の導入　　　○ボソン電磁形状因子　　　○包含反応に適用⇒６体振幅の和則に現れる双対性の確認　　

４ -b ．弱相互作用 1966 年　並木、中川、 I.O. 、小林（庸）　　クォーク実体模型で中性子 β 崩壊を解析　　　　　　　　素過程： d → u + e- + ν （ bar ）

GA/GV ⇒ 核子波動関数の主要成分 :SU(2)×SU(3)対称　　　　　　 （ SU(6) の 56次元既約表現 )

　　南部のカラー量子数導入へとつながる

1967 年　 I.O. 　非レプトン崩壊へ拡張　　　　　　 Σ, Λ → N + π　　「 Lee-菅原の関係式」をクォークモデルから

　　　“弱相互作用の素過程はクォークレベル”

４ -c ．電磁相互作用 （ 60’ ｓ後半～ 80’s 前半）　　（並木、小林（澈）、藤村、小林（庸）、織田、斎藤、　　　岡野、松田、木造、大下）

　少数核子原子核（ p, n, D, He,… ）　　物理的実体である　　 3n (n=1,2,…) 個クォークの多体系　　　　相対論的な束縛状態　　時空的な広がり　⇔　相対論的波動関数

　　電磁的相互作用（光子で触る）　⇒　電磁形状因子　　　大運動量移行量領域（より内部領域）　　　形状因子の負ベキ的振る舞い　⇒　相対論的効果　　弱相互作用にも適用　…　岡野ら　　弱形状因子　現在のクォーク原子核物理学の魁

４ -d ．ループを通しての未知クォークの寄与

　　　 Glashow-Iliopoulos-Maiani （ GIM ）機構　　　　 ΔS≠0 中性流の抑制 ⇒ ｃ - クォークの予言

１９８１年　木造、岡野、山中、 I.O.　　　　　　　標準模型の枠内　　　　　　 axial vector neutral current ， γ ５量子異常　　　　　　　　　　　⇒敷居値以上の重クォークの寄与 　　　　　　木造（東海大）が引き継ぐ

4-e. 　高エネルギー素粒子反応、多重発生　　　（並木、 I.O. 、鈴木、金井（中野）、中村（純）、伊達） ( 名古屋 G. 沢田、井町、二宮 ( 勘 ) 、松岡　　　　　　散乱断面積の比　←　クォークカウンテイング )

5 ．クォーク・グルーオン・プラズマ（ QGP ）　（並木、水谷、室谷、伊達、平野、野中、森田）

1988 年　水谷 - 室谷 - 並木　　　　　 QGP の第一原理 … 量子色力学　　　　　　　　　　　　　　　半現象論的取り扱い　　　　　　　　□多体量子系の代表的モードの存在　　　　　　　⇒ 量子 Langevin 方程式 ⇒ 物質定数　　　□時空発展 ( 軸対象 ) ⇒ 相対論的流体方程式　　　　 QGP 時空発展のシミュレーション・スキーム199* 年　平野　　　□完全な (3+1) 次元相対論的スキーム 　　　　　 QGP 流体模型のプロトタイプ　　　　 RHIC 、 LHC データの有力な解析手段