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核物理学（ 12 月１４日、特別講義）

核物理学（ 12 月１４日、特別講義）. 研究の内容についての発表を外部で活発に行っていますが、内部の学生に余り伝える機会がありません。 　（今年１０月：北海道地区の学生に集中講義 　　来年後期：大阪大学で集中講義 　　国内学会：岡山大学２件、九州工業大学２件、高エネ研 　国際学会：ポーランド２回、スペイン２件、韓国（来年予定）、大阪（先週）２件） 　　　　　　　　＝＝　比連崎＋永廣分のみ、ほとんどが招待講演＝＝. そこで、外部で使ったスライドで、内部の学生にも研究に関して、

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核物理学（ 12 月１４日、特別講義）

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Presentation Transcript

  1. 核物理学（12月１４日、特別講義） 研究の内容についての発表を外部で活発に行っていますが、内部の学生に余り伝える機会がありません。 　（今年１０月：北海道地区の学生に集中講義 　　来年後期：大阪大学で集中講義 　　国内学会：岡山大学２件、九州工業大学２件、高エネ研 　国際学会：ポーランド２回、スペイン２件、韓国（来年予定）、大阪（先週）２件） 　　　　　　　　＝＝　比連崎＋永廣分のみ、ほとんどが招待講演＝＝ そこで、外部で使ったスライドで、内部の学生にも研究に関して、 お話しする機会を持とうと思います。研究内容の紹介に併せて、「研究」と「勉強」の違い、研究室の紹介もしようと思っています。 まずは、研究内容に関するイントロです。

  2. Interests of Meson-Nucleus systems Nara Women’s University Satoru Hirenzaki Hokkaido area school, 2010

  3. 1. Introduction and Motivation • 2. Some formulation • 3. Recent Topics • 4. Summary

  4. 1s 2s 3s Nuclear radius of 15N 1. Introduction and Motivation • Object • Hadron – Nucleus bound systems. • Coulomb + Strong ・・・ Exotic Atoms (Deeply Bound) p atom, Kaonic Atom, p atom … • Strong ・・・ Exotic Nuclei Mesic Nuclei (K, η, η(958), ω, Φ…), Hypernuclei, … ex.) Kaonic Atoms And Kaonic Nuclei By J. Yamagata

  5. 500 Kmeson（mK～MeV) Binding energy order of 10keV～MeV cf.) Normal atomelectron（me～0.5MeV) Binding Energy -- order of eV～keV K－ Very Deep !! Binding Energy 10　～100 MeV K－ • Kaonic Atoms • Kaonic Nuclei

  6. Nuclear radius of 15N 1s 2s 3s 1. Introduction and Motivation • 1. Exotic Many Body Physics • 2. Hadron Physics at finite density Fundamental theory (QCD) Effective theory Hadron property at finite r Infinite SystemFinite System Mesic Atoms and Mesic Nuclei Ex.) Pionic Atoms in halo nuclei Co-existence of Pion-Neutron-halo

  7. Anomaly effect in vacuum Kunihiro, Hatsuda, PLB206(88)385, Fig.3 : Jp = 0- • Higgs mechanism • Spontaneous • Chiral Symmetry Breaking • UA(1) Anomaly Effect

  8. Information on P at finite r ~ r0, (T~0) Eigen state observation Invariant Mass Method Quantum number fixed Selective information b1 T r Umemoto et al., PRC62 (2000) Ericson-Ericson, Ann. Phys. 36 (66) 323 Seki-Masutani, Phys. Rev. C27(83)2799 with

  9. 4f 3d Observation of Mesic Atoms by x-ray Kaonic Atom data S. Hirenzaki, Y. Okumura, H. Toki, E. Oset, A. Ramos,  Phys.Rev.C61:055205,2000. C.T.A.M. De Laat, et al.,  Nucl.Phys.A523:453-487,1991.

  10. Observed by X-ray Spectroscopy • Theoretical Level Structure – How can we observe? Toki, Yamazaki(1988), Toki, Hirenzaki, Yamazaki, Hayano (1989)

  11. Toki, Hirenzaki, Yamazaki, Hayano (1989) 11

  12. Mesons in Nuclei …… seems interesting. • However, x-ray method has limitation, Obviously! • New methods are proposed. π atom in GSI (1996, 1998, 2002) Proposals to RIBF and JPARC

  13. Proposed experiments at JPARC (http://j-parc.jp/NuclPart/Proposal_e.html) JPARC Day 1 Experiment at Hadron Hall *Search for Kaonic Nuclear Bound states

  14. By K. Itahashi, 17-24 Oct. 2010 By H. Ohnishi By K. Ozawa By K. Itahashi

  15. ちょっとブレイク　ーーー日本の現状ーーー　ちょっとブレイク　ーーー日本の現状ーーー　 新しい加速器２台が極最近稼働して、新しい結果が色々 出てくる前夜のような状況です。 ＊理化学研究所（埼玉）：RIBF 加速器 　宇宙における元素合成、中性子星の内部状態の研究などに 　繋がる成果 ＊JPARC 研究所（茨城）：30GeV 加速器 　　質量の起源、クォーク・ハドロンの性質、ストレンジネスを 持つ原子核の研究。 いろんなテーマで最先端に入る切り口があります。　

  16. How can we observe it ?

  17. Missing Mass Spectroscopy Peaks!! look carefully !! In-Medium Dispersion Relation Medium Effects (K,N) (d,3He) • * p-atom • - theory (S. Hirenzaki, H. Toki, T. Yamazaki, PRC44(91)2472,…) • - experiment (K. Itahashi et al., PRC62(00)025202,…) * Kaonic Atoms and Kaonic Nuclei - J. Yamagata et al., PTP114 (05)301.(Errata:114(05)905) PRC74(06)014604. - T. Kishimoto Group - M. Iwasaki Group (g,p) *w-nucleus (Marco, Weise, PLB502(01)59) (M. Kaskulov, H. Nagahiro, S. Hirenzaki, E. Oset ; nucl-th/0610085) * p-atom (Hirenzaki, Oset, PLB527(02)69) proton -hole Incident particle emitted particle target meson

  18. Peaks!! Zoom In Missing Mass Spectroscopy look carefully !! initial final N meson Medium Effects In-Medium Dispersion Relation

  19. Formation Cross Section by ‘pick-up’ reactions, (d,3He), (g, N), etc. • Effective Number approach • Recoilless • Substitutional States formation • Various activities, (n,p), (d,2He); (n,d), (p,2He); (p,g) … Experimental data

  20. Good Reaction :d + Nucleus 3He + p atom

  21. lower higher Outgoing particle energy

  22. Deeply bound p- states in the 208Pb(d,3He) reaction K. Itahashi et al. PRC62(00)025202 22

  23. Deeply bound 1s and 2p Pionic States in the 206Pb(d,3He) reaction Hirenzaki, Toki, H. Geissel et al, PRL88(02)122301 Hirenzaki and Toki, PRC55(97)2719 23

  24. Pionic 1s states of Sn nuclei

  25. Deepest 1s states in Pb and Sn : observed • Nice spectra were obtained. • Theoretical Potentials are classified as Rank - A, B, C, D H. Geissel et. al., PRL88(02)122301

  26. b1 T r • Information on P at finite r ~ r0, (T~0) • Eigen state observation Invariant Mass Method • Quantum number fixed Selective information Umemoto et al., PRC62 (2000) Ericson-Ericson, Ann. Phys. 36 (66) 323 Seki-Masutani, Phys. Rev. C27(83)2799 with

  27. Deeply Bound Pionic Atom by (d,3He) K. Suzuki et al. Phys. Rev. Lett. 92(2004) 072302 GOR relation + Tomozawa-Weinberg Relation

  28. There have been active discussions • K. Suzuki et al., Phys. Rev. Lett. 92(2004)072302 observation • Kolomeitsev, Kaiser, Weise, Phys. Rev. Lett. 90(2003)092501 in two-loop chiral perturbation • Energy dependent of P • Gauge coupling of Vc • Phenomenological pieces (Br2, p-wave terms) • Daisuke Jido, Tetsuo Hatsuda, Teiji Kunihro,Phys.Lett.B670:109-113,2008. ‘In-medium Pion and Partial Restoration of Chiral Symmetry’ ---------- • Garcia-Recio, Nieves, Oset, Phys. Lett. B 541(2002)64 • Discussion on rn (n>1) ? • M. Doring, E. Oset, arXiv:0705.3027 [nucl-th] • s-wave pion-nucleus optical potential in chiral unitary model • E. Friedman and A. Gal, Phys. Lett. B578 (2004)85 • G. Chanfray, M. Ericson, M. Oertel, Phys. Lett. B563(2003)61

  29. Hadron Physics at finite density Fundamental theory (QCD) Effective theory Hadron property at finite r Infinite SystemFinite System Mesic Atoms and Mesic Nuclei seems to be interesting and possible. However, ……not so simple… Many researches !!

  30. さて研究室の状況 １、この分野に関しては、世界的な業績を上げています。 （おおげさでも誇張でもありません。） ２、研究室の学生は、国際的な業績を普通にあげられます。 　（４回生が終わった時点で物理学会発表、 M1でハワイの国際会議発表（旅費は研究室から）等、 十分できます。） ３、あんまり今まで勉強が出来なかった人も、 これからのやる気で大丈夫！ （勉強と研究は違うし、ちゃんと教えるから） １−３に関しては、次で詳しく やる気のある人には理想的な研究室なんですよ。。。。

  31. １、この分野に関しては、世界的な業績を上げています。１、この分野に関しては、世界的な業績を上げています。 ＝＝＝たとえば、あちこちでの講演。。

  32. これで今年の分だけです。HP 見て下さい。

  33. ２、研究室の学生は、国際的な業績を普通にあげられます。２、研究室の学生は、国際的な業績を普通にあげられます。 　（４回生が終わった時点で物理学会発表、 M1でハワイの国際会議発表（旅費は研究室から）等、 十分できます。）ーー例：池野さん （４回生：卒研テーマで） （以下M1） うちでは、これぐらいは、やる気があれば十分出来るのです。。。。 研究室から補助貰って海外の国際会議に行ってキャリアアップもいいのでは？

  34. ＊国際会議発表（旅費は研究室から）ですが。。。。。。＊国際会議発表（旅費は研究室から）ですが。。。。。。 ２国間共同研究 日本代表：比連崎 うちの研究室は予算あります。でも研究室人数少ない。 私は外部の人たちより奈良女の学生に補助を出して、どんどん国内外で活躍してもらいたい！

  35. ３、あんまり今まで勉強が出来なかった人も、３、あんまり今まで勉強が出来なかった人も、 これからのやる気で大丈夫！（勉強と研究は違うし、ちゃんと教えるから） 勉強と研究：　研究は「教科書に無い新しい発想」。 現存するものの理解とは違う。 「ちゃんと教える」人数が少ない方が圧倒的に 先生の指導を独占できる（有利！）と思いませんか？ 私は東京理科大（私学）出身です。一人の先生に 多くの学生がついて、緻密な指導が可能かどうかは 疑問があります。当時、国立大の「学生/教員」の比は、 ものすごくうらやましかった。 もちろん基礎的な勉強も必要ですが、、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝＞次ページの図

  36. 永廣さんの図 やる気のある人には理想的な研究室なんですよ。。。。 また、学生を教える事に、大変意欲を持っています。

  37. それから。。。。。 ＊就職希望の人も、もちろん welcome! いままでの研究室出身者のほとんどは就職してます。研究室在籍する間に、一生懸命やってくれれば良い。 ＊卒研のテーマも相談に乗ります。（詳しくはHP 見て下さい。） ＊就職担当をしていた時の経験から、企業の担当者は、 ＝ちゃんと専門（物理）の能力を備えているか ＝卒研をきっちり指導されているか　　等も見ています。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 推薦した学生に対して「物理がこんなに出来なくては。。」と 言われた事もあります。 ＊物理出身を「うり」にして生きて行くのに、物理を修得するのは、まぁ必須でしょうね。

  38. さて閑話休題 この後は、先週の国際会議（招待講演）で発表した 最新の話題。 ちょっと難しいかもしれません。

  39. 3. Recent Topics

  40. Structure and Formation of Meson Nucleus Systems S. Hirenzaki (Nara Women’s Univ.) International conference BARYONS’10   Dec. 7-11, 2010, Osaka, Japan

  41. Introduction and Motivation • Mesons in nuclei and main interest (and my collaborators) • Pionic Atom … fpi at finite density (Toki, Yamazaki, Hayano, Itahashi, K. Suzuki,,,) • K-atom & nuclei … deeply bound nuclear state ? (Yamagata-Sekihara, Jido) • h-mesic nuclei … N*(1535) in medium (Nagahiro, Jido,,,) • h’(958)-mesic nuclei … UA(1) anomaly in medium (Nagahiro, Takizawa) • Φ –mesic nuclei … mass shift, OZI rule(Yamagata-Sekihara, Cabrera, Vicente-Vacas) • w-mesic nuclei ... bound state ? mass shift ? (Kaskulov, Nagahiro, Oset) • s-mesic nuclei … ms ~ 2mp enhancement ? (Nagahiro, Hatsuda, Kunihiro) • -------- • Q+ in medium … S=+1 hypernuclei [(K+,p+)] (Nagahiro, Oset, Vicente-Vacas)

  42. Formation of mesic nucleus at JPARC and COSY

  43. Introduction of h-mesic nuclei With H. Nagahiro, D. Jido Motivation and our aim • h-N system … strongly couples to the N*(1535) resonance • h-mesic nuculei … doorway to in-medium N*(1535) • N*(1535) … a candidate of the chiral partner of nucleon • chiral symmetry for baryons Many works for h mesic nuclei from 1980’s • Theor. Liu, Haider, PRC34(1986)1845 Kohno, Tanabe, PLB231(1989)219; NPA519(1990)755 Garcia-Recio, Nieves, Inoue, Oset PLB550(02)47 C. Wilkin, T. Ueda, S. Wycech, …… • Exp. Chrien et al., PRL60(1988)2595 TAPS@MAMI (g + 3He  p0 + p + X) COSY-GEM (p + Al  3He + Mg-h) WASA-at-COSY (d + d  3He + p + p) JPARC, ……

  44. Chiral unitary model Chiral doublet model Kaiser, Siegel, Weise, PLB362(95)23 Waas, Weise, NPA625(97)287 Garcia-Recio, Nieves, Inoue, Oset, PLB550(02)47 Inoue, Oset, NPA710(02) 354 DeTar, Kunihiro, PRD39 (89)2805 Jido, Oka, Hosaka, Nemoto, PTP106(01)873 Jido, Hatsuda, Kunirhiro, NPA671(00)471 * In this study, we directly take the eta-self-energy in the ref.NPA710(02)354 A coupled channel Bethe-Salpeter eq. Lagrangian Physical fields N* : chiral partner of nucleon Mass difference * the N* is introduced as a resonancegenerated dynamically from meson-baryon scattering. * No mass shift of N* is expectedin the nuclear medium. * C~0.2 :the strength of the Chiral restoration at the nuclear saturation density * reduction of mass difference Chiral model for N and N*

  45. h self-energy medium effect 60 Chiral doublet model C=0.2 40 repulsive 20 energy w 0 Re [Vopt] [MeV] mN*-mN -20 mh -40 mN*-mN -60 t-r approximation (CDM : C=0.0) -80 0 1 2 3 4 5 6 r/r0 r [fm] h-nucleus interaction : potential descriptions optical potential + (crossed term) potential nature at h threshold repulsive core attractive attractive pocket Chiral Unitary model (Inoue, Oset, NPA710(02)354) • D.Jido, H.Nagahiro and S.Hirenzaki, PRC66(02)045202

  46. momentum transfer 500 15 deg. 400 [MeV] 300 200 0 deg. 100 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 pp [GeV/c] 0 Chrien at al., PRL60(88)2595, Fig.1 Chrien at al., PRL60(88)2595, Fig.1 Li Li C C O O Al Al -100 -50 0 50 100 -100 -50 0 50 100 Eex – E0 [MeV] Eex – E0 [MeV] (p+,p) spectra : experiment at Brookhaven • Chrien et al., PRL60(1988)2595 • pp = 800 MeV/c : proton angle : 15 deg. (Lab.) • search for predicted narrow bound state by Liu, Haider, PRC34(86)1845  negative results (bound state peak was not observed) 80 chiral doublet chiral unitary 0 deg. 0 deg. 40 0 30 15 deg. 15 deg. 20 10 0

  47. momentum transfer 500 15 deg. 400 [MeV/c] 300 200 0 deg. 100 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 pp [GeV/c] 0 Chrien at al., PRL60(88)2595, Fig.1 Li C O Al (p+,p) spectra : experiment at Brookhaven • Chrien et al., PRL60(1988)2595 • pp = 800 MeV/c : proton angle : 15 deg. (Lab.) • search for predicted narrow bound state by Liu, Haider, PRC34(86)1845  negative results (bound state peak was not observed) 15 deg. 30 doublet 20 unitary 10 0 H.Nagahiro, D.Jido, S.Hirenzaki, PRC80(09)025205 • wider energy range • proton angle = 0 degree • S/N ~ 1/10  need background reduction -100 -50 0 50 100 150 Eex – E0 [MeV]

  48. A Simple Theoretical Model for (COSY Proposal) (P.Moskal, arXiv:nucl-ex/09093979) Some remarks • Momentum transfer pd = 1.025 GeV/c, pa = ph= 0 at threshold in C.M. • Data of d d 4He h • Simple spectral structure for light systems • System consists of 2 Nucleon + 2 Nucleon  4 Nucleon + 1 meson

  49. A Simple Theoretical Model for Some remarks • Transition (h-production) part h High q transfer at each propagator Parameterize this part. Fix by h production data

  50. A Simple Theoretical Model for Schematic picture d h Green function method a d with h-a optical potential s total s s(dd4Heh) data escape conversion Etot Etot threshold threshold

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