Belle/Belle II でのハドロン実験

中野貴志(阪大RCNP) 関西中部B, 11月5日@奈良女子大学 Belle/Belle IIでのハドロン実験

KEKBでハドロン物理を研究する利点 • 圧倒的な統計量 • New particles, rare events, high precision • 高いエネルギー • Heavy quark hadrons • 大きなアクセプタンス • Multi-particle final state • 優れた運動量分解能とPID能力 • Invariant mass analysis, short lived particles • ミニマムバイアストリガー

B中間子崩壊での衝撃的発見 B→ J/+- K過程におけるX(3872)の発見 B→ ’ + K過程におけるZ(4430)の発見 PRL91,262001(2003) PRL100,142001(2008) Z(4430) X(3872)

その他の過程でも発見が目白押し ダブルcc生成におけるX(3940)の発見始状態輻射におけるY粒子シリーズ PRL99,182004(2007)他 PRL98,082001(2007) 二光子衝突におけるZ(3930)=c2’の発見 PRL96,082003(2006)

Ｂファクトリーで発見された新共鳴粒子 Yb Z(4050),Z(4250) Bファクトリー実験ではこれまで十数個の新しい共鳴粒子を発見 Y(4660) Y(4008) Z(4430) 積分ルミノシティ DsJ(2860) DsJ(2700) Xcx(3090) このうちX（3872）や Z（4430）はエキゾティック粒子と考えられる Y(4320) cc2’ X(3940), Y(3940) Y(4260) Sc* baryon triplet 蓄積された大量データの解析でエキゾティック粒子の世界の解明が可能 X(3872) D0*0& D1*0 DsJ(2317/2460) hc’ & e+e-cccc

Nuclear Physics Consortium (NPC) • Nakano Takashi, AjimuraShuhei , HottaTomoaki , Maeda Yoshikazu , MorinoYuhei , MuramatsuNorihitoNoumi Hiroyuki, SumihamaMizuki, Yosoi Masaru, YuheiMorino Research Center for Nuclear Physics (RCNP), Osaka Univ. • Uchida Makoto , Shibata Toshiaki , Miyachi Yoshiyuki , Noriaki Kobayashi Tokyo Institute of Technology • Niiyama Masayuki Riken • Kanda Hiroki, Miwa Koji Tohoku Univ. • MatusdaTatsuro Miyazaki Univ. • NakazawaKazuma Gifu Univ. • Takizawa Makoto Showa Pharmaceutical Univ. 21 peoples, 7 institutes @LEPS, JPARC, etc… • シフト、サービスタスク義務を共同で果たす • データ解析講習会やワークショップ • 様々な興味・動機 • ハードウェア開発 • 理論のバックアップ

Physics Motivation • Explicitly exotic heavy hadrons • Glueball and exotic meson with hidden ss_bar • Fragmentation functions • V & A spectral functions • YN and YY interactions

Quantum Chromo Dynamics Perturbative region Non-Perturbative region Color confinement Current quark Consitituent quark Flavor SU(3) symmetry is a good symmetry Chiral symetry is a good symmetry Spontaneous breakdown of chiral symmetry Parton model Quark model Generation of Hadron mass Creation of NG bosons: p, K, h Multi quark hadron physics: pentaquark, tetraquark, meson-baryon resonances Precise determination of spin structure functions: GPD

ハドロンを理解する • ハドロン内のクォークの数を数えることができるか？それは意味がある問いか？ • cやbはもちろん数えることができる。uやdは？ • ハドロン内で重要な相関（クラスター）は何か？ • di-quark (カラーを帯びている) • 南部・ゴールドストンボソン（白色） • ビームを使う実験で検証可能か？ • ハドロンの大きさは測れるか？

Slope for mesons Slope for baryons Slope for pentaquarks??

Collins FF @ Belle, PRD78, 032011 Fragmentation function @ Belle - Collins Fragmentation function (PRD78, 032011)‏ Precise experiment results on azimuthal asymmetries related for the Collins fragmentation function. → Constraint on Collins FF parameterization → Analyzing power for “quark transversity” - Fragmentation function tostable mesons (on-going projects)‏ pion, kaon, proton (and charged hadron) data from Belle energy scale will improve determination of fragmentation functions, especially for the gluon fragmentation. The Belle energy scale is similar to the hadron production data from DIS and p-p scattering used in FF analysis (test of factorization and iso-spin symmetry in FF). →The extraction of gluon helicity distribution function from polarized p-p collision data at RHIC depends on fragmentation functions of gluon to charged and neutral pions. Di-hadron fragmentation function → Analyzing power for “quark transversity” - Fragmentation functions toneutral pion, eta, f0, Lambda, and exotic hadrons (Y. Miyachi)

不安定なハドロンの生成率 • Tetra-quark やmeson-meson resonance候補の生成率は他のmesonと比べてどれくらい小さいか？ • Penta-quarkやmeson-baryon resonance候補の生成率は他のBaryonと比べてどの程度小さいか？ • L(1405)とL(1520)の生成率の比は？ • Gruball候補はどのような生成率を示すか？

様々なハドロン間のScattering lengthの測定 S波散乱振幅とscattering length (a) の関係古典的には剛体球の半径より正しくは、相互作用の大きさ・到達距離

pp scattering length p p p p K Invariant massの小さい領域が重要 p N p

Scattering lengthの測定の処方箋 様々なハドロンをreconstructする。様々な不安定なハドロンをreconstructする。ハドロン―ハドロン　ペアのinvariant massを計算する。相対運動量が0に近い領域でphase space distributionからのズレを求める。理論屋の力を借りてscattering lengthを求める。 Bresonanceを経由しないeventを解析する．

Scattering length測定で何がわかるか？ 分子共鳴状態の可能性を探る SUf(3)でのChiral摂動論の検証標的を準備できない短寿命粒子間の相互作用ハドロンの大きさ（？）個人的にはNkp bound stateとしてのQ+の可能性をまず探ってみたい

Explicitly exotic heavy hadrons ・Heavy flavorexotichadrons S. H. Lee and S. Yasui arXiv:0901.2977 [hep-ph] 軽いクォーク間の強い相関を重いクォークで断ち切る

Explicitlyexoticheavyhadrons • TetraquarkTcc (cbarcbarud; C=+2) Tcc u Tcccannotberegared as twoquarkstate. So, itis „explicitly“ exotic. d c c Carlson, Heller, Tjon (1988) Silvestre-Brac and Semay (1993) Manohar and Wise (1993)

Explicitlyexoticheavyhadrons • TetraquarkTcc (cbarcbarud; C=+2) D mesons Tcc + d u u Stable against decay to two D meosns? d c c c c

Explicitlyexoticheavyhadrons • TetraquarkTcc (cbarcbarud; C=+2) D mesons Tcc + d u u Stable against decay to two D meosns? d c c c c We consider color-spin interaction.

Explicitlyexoticheavyhadrons • TetraquarkTcc (cbarcbarud; C=+2) D mesons Tcc + d u u 1/4mc2 -3/4mu2 -3/4mcmu -3/4mcmu d (mu/mc≈0.2) c c c c We consider color-spin interaction.

Explicitlyexoticheavyhadrons • TetraquarkTcc (cbarcbarud; C=+2) D mesons Tcc + d u u 1/4mc2 -3/4mu2 -3/4mcmu -3/4mcmu d (mu/mc≈0.2) ud pair (spinsinglet) isdominantlyattractive. → Tcc seems really stable state. c c c c

Observation • Belle, BABAR, etc. • e+e- (or pp) collisions double charm production Belle e+e- → J/ψηc PRL89, 142001 (2002) J/ψχc, J/ψηc(2S) PRD70, 071102 (2004) BABAR e+e- → J/ψηc, J/ψ χc0 , J/ψηc(2S) PRD72, 031101 (2005) → Possible to search Tcc+c+c ? Double charm baryonの研究も有望

「多彩なフレーバーでさぐる新しいハドロン存在形態の包括的研究」「多彩なフレーバーでさぐる新しいハドロン存在形態の包括的研究」世界をリードする素粒子原子核分野の実験・理論研究者が、「ハドロン」という共通のキーワードを得て結集、その境界領域に新しいハドロン物理学を創成する。 E01（理論研究）　QCDに基づく統一的な理解＋実験への予言クォークがどのように質量を獲得し、どのような形態でハドロンに閉じ込められるのかを探る q q A01（Bファクトリー） C01（J-PARC E16) B01（LEPS) u u g 質量生成機構の解明 e+ e– c c e+ c c q e- d u c c d u u u s u c c q qqq q qqqq d Mqの変化ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ c, b -クォーク u, d, s -クォーク u s q d Z u X Yb 原子核 u b u u b クラスターﾃﾄﾗｸｫｰｸ多彩なフレーバーと密度を変数とした（マルチ）クォーク物質の豊富なデータ D01（検出器）：将来の加速器増強に向けて必要となる検出器共同開発　

Belle/Belle II でのハドロン実験