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COMPASS 実験の紹介

〜 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

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Presentation Transcript


  1. 〜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

  2. 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 グルーオンで構成 COMPASS実験の研究課題: 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?

  3. 陽子や中性子の内部はどうなっているのか? 核子のスピン:1/2 クォークスピン:1/2 伝統的なクォークモデル 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 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 量子色力学 (強い相互作用を記述) 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 :  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

  4. 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%」 クォーク スピン寄与 2000年代 COMPASS実験 世界最高精度の               グルーオン偏極度測定 核子スピン クォークや グルーオン の軌道回転 か? グルーオン スピン寄与 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?

  5. 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 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 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4cm、長さ130cmの標的物質 - 2.5Tの磁場 - 50mK(-273.10度)まで冷却 この容量では Coldest point in the world

  6. COMPASS実験施設の位置 CNGS

  7. COMPASS 実験装置 〜固定標的実験〜 全長50m ハドロン検出部 ミュー粒子検出部 偏極標的 RICH 分析用電磁石 ビーム 世界最高エネルギーの レプトンビーム(190GeV) 実験ホールは地上に設置

  8. マイクロ波キャビティ 超伝導磁石 希釈冷凍機

  9. 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

  10. 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 補足 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 なども行っている。

  11. スピンの利用 医療機器のMRI (核磁気共鳴画像法)装置 リニア新幹線 体内水分子の 水素原子核(陽子)スピンを利用 電子スピンから生ずる 超伝導磁石による磁気浮上車 出典:ウィキペディア

  12. 光子グルーオン融合とSemi-Inclusive深非弾性散乱測定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 (q= c) • 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 RICH High pTハドロンペア (q= u, d, s) • 高統計量 • 物理バックグラウンド 二重スピン非対称度測定 p 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 の抽出

  13. COMPASS偏極標的システム (upgraded in 2006) 希釈冷凍機 • 50mK • 300mKで350mWの冷却能力 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 beam • 3セル(30, 60 30cm long) • 直径4cm 180mrad マイクロ波システム • 2 EIO 発振器 (20W) NMRシステム • 10チャンネル(3, 4, 3)

  14. GPDプログラムの目的 GPD(一般化されたパートン分布)関数 4種類: Jiの和則: クォークのスピンと軌道角運動量の和 核子の3次元像:

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