2003 年に発見された新しいハドロンたち

2003年に発見された新しいハドロンたち 東京大学CNS 　織田勧 2003年11月28日(金) CNS若手コロキウム 1/20

今年になってクォーク4個や5個でできているのかもしれない新粒子が発見された。今年になってクォーク4個や5個でできているのかもしれない新粒子が発見された。どういうことなのかを見て行こう！ 2/20

素粒子と相互作用 4つの相互作用があって、　　　力を媒介する粒子がある。電磁相互作用光子(γ) 強い相互作用グルーオン(g) 弱い相互作用ウィークボゾン(W±, Z) 重力相互作用重力子? 3/20

強い相互作用 クォークは色電荷(赤、青、緑)を持っている。反クォークは反色(反赤、反青、反緑)を持っている。グルーオンは色と反色両方を持ち、　　　　　　　　　　　粒子の持つ色を変えることで力を伝える。だから色を持たない(白い、中性)粒子だけが自由に動くことができる。白くなるのは、 3色混ぜたとき　　　　　　クォーク3つ baryon(重粒子) 色と反色を混ぜたとき　　　クォーク2つ meson(中間子) でも、クォーク4つや、5つでも白くはなるから存在してもいいはず。 4/20

Meson Summary Table 5/20

Baryon Summary Table 6/20

ペンタクォークΘ+の発見 クォーク5個からなる粒子Θ+粒子というものが日本のSpring-8のLEPS実験で発見された。 T.Nakano et al. Phys. Rev. Lett. 91, 012002 (2003) 8GeVの電子にArレーザー（351nm, 3.5eV）を照射し、逆コンプトン散乱されて出てくる2.4GeV のγ線をビームとして使う。低エネルギーのガンマ線のバックグラウンドが少ない。　跳ね返る電子の運動量を測ることでγ線のエネルギーが15 MeVの分解能でわかる。 7/20

8/20 Θ+の見つけ方(1) γ線がプラスチックシンチ（標的）に当たり、K+K-が出てきた事象を選ぶ。 φからK+K-に崩壊したものは取り除く。 γp→ K+K- pと γn→ K+K- nをSSDを使って区別する。

9/20 Θ+の見つけ方(2) γとK-のエネルギー運動量はわかっている。しかし、C原子核中の中性子はフェルミ運動しているので補正が必要。 γn→K+Σ-→K+π-nの場合にはで十分に補正できるので、と補正をするとΘ+のピークが見える。 γp→ K+K- p（点線） γn→ K+K- n（実線） Θ+の質量 1.54±0.01GeV 幅 25MeV以下

他の実験で見つかったΘ+ • DIANA(ロシア) Xe泡箱にK+ビーム(850 MeV/c) M=1539±2 MeV, Γ<9MeV, hep-ex/0304040 • CLAS(アメリカ) 液体重水素標的にγ線(<3.1 GeV) M=1542±5 MeV, Γ<21MeV, hep-ex/0307018 • SAPHIR(ドイツ) 液体水素標的にγ線(<2.8 GeV) M=1540±4±2 MeV, Γ<25MeV, hep-ex/0307083 10/20

Θ+は予言されていた。 • 1997年にロシアのD. Diakonovらが、核子をπメソン場の孤立波解として表すスカーミオン模型をSクォークを含むSU(3)群に拡張し、反10重項の存在を予言した。 • Sがひとつ増えるごとに質量は180MeVずつ増える。 • S=0の粒子をN(1710)とすると、一番軽い粒子の質量は1530MeVであり、幅は15MeV以下である。 11/20

12/20 2,3番目のペンタクォ－クΞ3/2の発見 CERN（スイス）のSPSの NA49実験では別の種類のペンタクォークが見つかった。　 hep-ex/0310014

Ξ3/2の見つけ方 13/20 • Λから崩壊したpπ-を探した。 • Ξ-から崩壊したΛπ-を探した。 • Ξ-とπ-で、Ξ-とπ+で不変質量を組んだ。 • 両方とも1.86GeV付近にピークが現れた。

Ξ3/2の質量 • 同じことを反粒子についても行なうと同様にピークが現れた。 • とその反粒子のヒストグラムを足し合わせて、質量を求めると1862±2 MeVとなった。 • とその反粒子の質量は1864±5 MeV。 • Diakonovの予測は2070MeVで一致しない。 14/20

4クォーク状態X(3872)の発見 KEKのBファクトリーのBelle実験で 4クォーク状態かもしれない粒子が見つかった。 hep-ex/0309032 15/20

X(3872)の見つけ方 • J/ψが崩壊してできたe+e-、μ+μ-を見つける。 • J/ψとJ/ψπ+π-の質量差をヒストグラムにする。 • 大きいピークはψ(2S)、小さいピークは新発見。 • 新発見の粒子にK+またはK-を組み合わせて質量を求めるとB+またはB-の質量5279 MeVになる。 • 新発見の粒子の質量は3872.0±0.8 MeV、幅は2.5±0.5MeV。 • X(3872)と名付けた。 16/20

どうしてX(3872)は4クォーク状態であると言えるのか(1)どうしてX(3872)は4クォーク状態であると言えるのか(1) • 自然に考えるとX(3872)は2S+1LJ=3D2の状態のはず。 • 3D2ならγχc1への崩壊確率がJ/ψπ+π-への崩壊確率の5倍以上あるはず。 • しかしγχc1へは崩壊しにくい。 17/20

どうしてX(3872)は4クォーク状態であると言えるのか(2)どうしてX(3872)は4クォーク状態であると言えるのか(2) • 通常の中間子だとして3D1,3D2状態の質量を正しく再現するモデルはない。 • X(3872)M=3872.0±0.8MeVはD0D*0barの質量の和3871.1±1.0MeVとエラーの範囲内で一致している。D0とD*0barが分子のようになった状態であるかもしれない。 • 中間子分子だとすれば質量、寿命、崩壊パターンが一致するらしい。 18/20

X(3872)は強い相互作用でも生成する pp-bar衝突型加速器の Tevatron(2TeV)のCDF 実験でもX(3872)は観測された。 19/20

DsJ(2317), DsJ(2460)の発見 BaBar, CLEO, Belleでcクォークと反sクォークからなる中間子DsJが発見されたが質量が小さくや幅が狭く通常の中間子と仮定した理論と合わない。 20/20

2003 年に発見された新しいハドロンたち