compass 実験の紹介
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〜 回転の起源は? 〜. COMPASS 実験の紹介. 1996 年 COMPASS 実験グループを立ち上げ 1997 年 実験承認 2002 年 実験開始 2014 年 Phase II へ. 山形大学 堂下典弘. 現在13カ国220名が参加 日本グループ :山形大学、 KEK 、宮崎大学、 中部大学から11名参加. 自然界における回転. 宇宙の星雲 地球の回転(自転+公転). 回転が 安定保持に作用. 微小な回転を 突き詰める. 陽子、中性子、 電子の自転. 出典:キャノン. 電子:内部構造を持たない 陽子、中性子:クォークと - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
COMPASS実験の紹介
山形大学 堂下典弘
1996年 COMPASS実験グループを立ち上げ1997年 実験承認2002年 実験開始2014年 Phase II へ
〜回転の起源は?〜
現在13カ国220名が参加日本グループ :山形大学、 KEK、宮崎大学、
中部大学から11名参加
自然界における回転 宇宙の星雲地球の回転(自転+公転)
回転が安定保持に作用
微小な回転を突き詰める
陽子、中性子、電子の自転
電子:内部構造を持たない陽子、中性子:クォークと グルーオンで構成
核子の自転(スピン)の源をクォークやグルーオンのスピンや公転(軌道回転)で説明できるか?
COMPASS実験の研究課題:
出典:キャノン
陽子や中性子の内部はどうなっているのか?
伝統的なクォークモデル
量子色力学(強い相互作用を記述)
核子のスピン: 1/2クォークスピン: 1/2
陽子の場合2 つの u クォークと1 つの d クォークからなる複合粒子
複数のクォークがグルーオンによって結合した複合粒子
核子スピンは、3つのクォークスピンの合成バレンスクォーク
: バレンスクォークと シークォークスピン
: グルーオンスピン
: 軌道角運動量
核子スピンの研究歴史と COMPASS実験
1980年代 CERN EMC実験 「核子スピンに対するクォークスピンの寄与がない」
「スピンクライシス」1990年代 CERN SMC実験、ドイツ HERMES実験2000年代 COMPASS実験
「クォークスピン寄与は約25%」
2000年代 COMPASS実験 世界最高精度の グルーオン偏極度測定
アメリカ RHIC実験の結果と合わせて
「グルーオンスピン寄与は 30%程度」
クォークスピン寄与
グルーオンスピン寄与
クォークやグルーオンの軌道回転か?
核子スピン
クォーク軌道回転寄与に注目:現在実験準備中量子色力学による核子構造の記述ができるか?
なぜ CERNでスピン起源探索か?
• 特殊なビーム:偏極ミュー粒子ビームやパイ粒子ビーム• 特殊な標的:偏極核子標的
日本グループ偏極核子標的システムに責任をもつ
世界最大の偏極標的システム- 直径4 cm、長さ130 cmの標的物質- 2.5 Tの磁場- 50mK( -273.10度)まで冷却
この容量ではColdest point in the world
偏極 : スピンの向きを揃えた状態
偏極ビーム+偏極標的で核子内のスピンの情報にアクセスできる
6
COMPASS実験施設の位置
CNGS
COMPASS 実験装置
全長50m
ビーム 偏極標的 分析用電磁石
ハドロン検出部
ミュー粒子検出部
RICH
世界最高エネルギーのレプトンビーム(190 GeV)
〜固定標的実験〜
実験ホールは地上に設置
マイクロ波キャビティ
超伝導磁石
希釈冷凍機
ノーベル賞とスピン ( と CERN)
• 1940年 I. Rabi 原子核の磁気能率測定方法
CERNのコンセプトを考え、立ち上げに貢献
• 1952年 F. Bloch、 E. Purcell 核磁気の精密な測定 核磁気共鳴 -> MRI F. Blochは CERNの初代所長
• 1955年 P. Kusch 電子の磁気能率の精密測定
まとめ
• スピンの起源探索• 2002年より実験開始• グルーオンの核子スピンへの寄与は大きくない• 今後クォークの軌道回転に注目して研究を進めて行く
また、 COMPASSではパイ粒子ビームや陽子ビームと原子核標的や液体水素標的を用いて
• パイ粒子の内部構造測定• 普通でないエキゾチックな生成粒子測定
補足
なども行っている。
スピンの利用
体内水分子の水素原子核(陽子)スピンを利用
医療機器のMRI (核磁気共鳴画像法)装置
出典:ウィキペディア
リニア新幹線
電子スピンから生ずる超伝導磁石による磁気浮上車
光子グルーオン融合と Semi-Inclusive 深非弾性散乱測定オープンチャーム
• クリーンチャンネル( 低物理バックグラウンド )
• 低統計量• K 、 π 粒子による D メソン同定 by
RICHHigh pT ハドロンペア• 高統計量• 物理バックグラウンド
p
( q= c)
PB: ビーム偏極度PT: 標的偏極度f : ダイユーションファクター N : イベンド数
二重スピン非対称度測定
( q= u, d, s)
の抽出
COMPASS 偏極標的システム (upgraded in 2006)
• 50mK • 300mKで 350mWの冷却能力
希釈冷凍機
180mrad
磁石• 高均一度 2.5T ソレノイド , 0.6T ダイ
ポール• 180mrad アクセプタンス標的セル• 3 セル (30, 60 30cm
long) • 直径 4cm
• 2 EIO 発振器 (20W)マイクロ波システム
beam
NMR システム• 10 チャンネル (3, 4, 3)
GPDプログラムの目的
GPD(一般化されたパートン分布)関数
核子の3次元像:
4 種類:
Jiの和則:クォークのスピンと軌道角運動量の和