核物理研究センターの現状と将来阪大 RCNP 　中野　貴志

核物理研究センターの現状と将来阪大RCNP　中野　貴志核物理研究センターの現状と将来阪大RCNP　中野　貴志日本学術会議シンポジウム

核物理研究センター（RCNP） • サイクロトロン加速器＠吹田キャンパス • リングサイクロトロン（陽子400MeV、重イオン） • AVFサイクロトロン（陽子80MeV、重イオン）（入射器） • 分光器系 • LEPS@SPring8 • 大塔コスモ観測所@奈良県五條市大塔町 • コンピューターとスーパーコンピューター

大阪大学核物理研究センター・サイクロトロン施設大阪大学核物理研究センター・サイクロトロン施設中性子測定100mトンネルリングサイクロトロンK=400 MeV 不安定核ビーム超冷中性子生成コース 1m×1m×10cm×6 シンチレータ AVFサイクロトロン K=140 MeV ユーザー～３００人／年外国人～４０人／年超高分解能磁気分析装置

リングサイクロトロン＋磁気分析器系 陽子非弾性散乱の０度における超低バックグラウンド・超高分解能測定 48Ca(p,p) 0 300 MeV 精密角度分布圧縮振動数ω ⇒ 原子核の非圧縮率様々な同位体からN/Z比依存性 ⇒ 高密度核物質・中性子星の　　　　　　　　　　　　　　基本情報圧縮振動(L=0)の抽出０度が重要

open close annular disk phonon UCN 世界最高のUCN強度 ~15個/cm3 (Ec= 90 neV) n 陽子ビーム

SuperPhotonring-8GeVSPring-8 • Third-generation synchrotron radiation facility • Circumference: 1436 m • 8 GeV • 100 mA • 62 beamlines ユーザー～７０名／年外国人～２０名／年 1/30/2008

LEPS(レーザー電子光ビーム)の特徴と成果 Linear Polarization : 95 % at 2.4 GeV PRC79 (2009) 025210 • 低バックグランドビーム＋前方スペクトロメーター • 交換粒子のパリティフィルターとしての縦偏極ビーム • 励起バリオンの生成しきい値領域の精密測定 • ペンタクォーク（Q+）の存在を強く示唆するデータ • L(1405)(メソン・バリオン共鳴候補)の生成断面積の高いエネルギー依存性 • f中間子のしきい値領域での生成断面積のピーク構造

RCNPの現在と今後 • サイクロトロン加速器施設 • 共同利用・共同研究による原子核物理学の発展 • 放射化学、医学利用、半導体等の応用の発展 • 入射器の増強による大強度化：　UCN, ミューオン • LEPS • 共同利用・共同研究 • 偏極標的からLEPS2へ • サブアトミック科学研究拠点 • 重要テーマへの挑戦 • LEPS2計画：新しいハドロンの解明 • プリズム計画：レプトンフレーバー混合 • CANDLES計画：宇宙の物質創成の解明 • 連携研究拠点へ • 理学研究科付属原子核施設との連携（統合）＋他機関

サブアトミック科学とは？ “宇宙誕生直後から、　　　宇宙の晴れ上がりまでを解明する” 我々の住む世界大きさの階層構造原子（アトム）現在：１３７億年 10-10m ３８万年サブアトミック科学宇宙の晴れ上がり原子核 10-14m 宇宙の進化 “宇宙のバリオンはどの様に生成されたのか？” バリオン（陽子、中性子など）３分 10-15m 宇宙の初めの３分間クォークレプトンなぜ反クォークよりもクォークの方が多いのか？レプトジェネシスの可能性を探る <10-18m 未知の素粒子なぜクォークやレプトンの種類が３世代１２種類なのか？標準理論を超える現象を探るサブアトミック科学拠点の研究課題クォークはどの様にバリオンの中に閉じ込められたのか？クォークモデルの限界を探るビッグバン

期待される研究成果 なぜクォークやレプトンの種類が３世代１２種類なのか？標準理論を超える現象を探る • レプトンフレーバー混合研究 • 荷電レプトン混合現象（標準理論では説明できない現象）の発見 • 基本的相互作用の統一、ニュートリノ質量の謎を解明する手掛かり • 大強度ミューオン源による、学際領域の基礎科学、応用科学の進展 • ハドロンの存在形態研究 • 通常のハドロンとは異なるペンタクォークやメソン･バリオン共鳴 • クォーク閉じ込め機構を解明する糸口に • レプトン数非保存研究 • ２重ベータ崩壊の観測レプトン数の保存則の破れ • 初期宇宙から現在の宇宙への発展の解明 • ニュートリノ物理学の進展に寄与クォークはどの様にバリオンの中に閉じ込められたのか？クォークモデルの限界を探るなぜ反クォークよりもクォークの方が多いのか？レプトジェネシスの可能性を探る

MUSIC なぜクォークやレプトンの種類が３世代１２種類なのか？標準理論を超える現象を探る期待されるミューオン収量 0.4 kWの陽子ビームで約109 muons/sec （世界最高値）位相空間回転システムミューオン輸送システム平成20年度二次補正予算としてパイオン捕獲システムが認められた。パイオン捕獲システム

CANDLES なぜ反クォークよりもクォークの方が多いのか？レプトジェネシスの可能性を探る電子 n p 反ニュートリノマヨラナ質量（反粒子⇔粒子） • 宇宙は物質で出来ている（反物質は無い） • 粒子数は保存しない • CPが破れている（物質と反物質の世界は異なる） • 48Caの二重ベータ崩壊 • 大型科研費から概算要求へ • 大塔コスモ観測所  神岡（東大宇宙線研究所）ニュートリノ p n 電子ニュートリノを伴わない 2重ベータ崩壊の観測超低バックグラウンド検出器 CANDLES検出器フッ化カルシウム（蛍石）結晶とPMT

大塔コスモ観測所 PRC78 058501(‘08) 1.76 y Qbb of 48Ca Not limited by backgrounds But only 6.4g of 48Ca ELEGANT VI

LEPS2 クォークはどの様にバリオンの中に閉じ込められたのか？クォークモデルの限界を探る大強度フォトンビーム SPring-8 8GeV電子ビーム • 全方向をカバーする検出器 • BNL(E949)スペクトロメーターの有効利用 • 阪大ブランドの高速データ収集回路の開発 • LEPSでの膨大なノウハウの蓄積逆コンプトン散乱 BL31ID 30m長直線部紫外線、深紫外線レーザー GeV ガンマ線１０倍強度のビームパラレル･レーザー入射生成と崩壊の同時精密測定によるハドロンのクォーク構造の研究クォークモデルによって簡単に説明できないハドロンに焦点ペンタクォーク、メソン・バリオン共鳴、スカラー中間子、、、

x線散乱による逆コンプトン光ビームの生成 単色偏極高エネルギー光ビーム重いスカラー中間子の生成と崩壊の研究グルーボール、テトラクォーク等の探索 S=-2の励起バリオンの構造の研究

大規模研究所との相乗効果 阪大核物理研究センター J-PARC 東大宇宙線研 SPring-8 既設の加速器や大型実験施設 + ＋＋＋新しいアイデア　独創的な実験装置 MUSIC CANDLES LEPS2 ↓ • 　コアとなる実験装置や装置開発に国内外の研究者が集まる • 　既設の大型研究施設の魅力を一層高める効果ブレークスルー 16

連携型研究拠点へ サブアトミック科学の急速な発展　　標準理論を超えた現象を発見する可能性。サブアトミック科学研究の二つの方向性 • 超大型加速器など、ミッション指向なビッグプロジェクト • 独創的な発想に基づく、ボトムアップ型の研究  大学の果たす役割が大きい。大学：独創的なアイデアの宝庫　　大学の活性化が革新的な成果を産む。分野の枠、大学の枠を超えた中小の研究機関の連携 ↓ 大学で萌芽した独創的なアイデアや手法を、人員とリソースの全国的かつ効率的な運用で発展させ、世界トップレベルの成果として結実させる。柔軟、迅速、組織的に対応する体制が必要

大強度高分解能パイオンビーム@J-PARC Spectrometer Dispersive Beam pion: 108~109 Hz pbar: 107 Hz Prod. T ES1

重イオン蓄積リング • Shottky信号による新しいタイプの測定が可能 • 不安定核のβ崩壊の精密測定 • 不安定核と陽子やα粒子との散乱 • 安定線近傍原子核の精密測定・高運動量移行測定によるアイソスピン依存性およびテンソル力の研究 • 宇宙環境でのベータ崩壊変化の研究

まとめと展望 • 全国共同利用研として原子核物理学の発展に寄与 • 精密測定原子核実験における豊かな実績と経験 • 原子核物理学からサブアトミック科学へ • レプトンフレーバー混合研究：MUSIC • ハドロンの存在形態研究：LEPS2 • レプトン数非保存研究：CANDLES • リングサイクロトロンの強度増強と新たな利用の開拓 • UCN, ミューオン科学、重イオン蓄積リング • 機関や分野の枠を超えた連携型研究拠点への発展 • 大強度高分解能パイオンビームライン

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