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

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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。

bgrrgb ,bbggrr , ,

... ... , , rrgbrbbrr

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Meson Summary

Table

)(/

)(

)(

)(

ccJ

ss

suK

du

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Baryon Summary

Table

)(

)(

)(

)(

udc

sss

uddn

uudp

c

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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 2.4Ge

V

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

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。

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Θ+ の見つけ方 (2)

NKK

c

KMMMMMMM

NKKK

c

KMMMMMMM

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

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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

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Θ+ は予言されていた。• 1997 年にロシアの D. Diakon

ov 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。

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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

GeV 2.17s

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Ξ3/2 の見つけ方• 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。

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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。

2

3

0

2

3

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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

GeV 6.10collider See15/20

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)• 自然に考えると X(3872) は 2S+1

LJ=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。 )CL %90( 89.0)/)3872((

))3872(( 1

JX

X c

1)3872( cX 1)2( cS

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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。

(1977) 317 38, Lett. Rev. Phys.

))(7.2006(

))(5.1864(0*

0

ucD

ucD

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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。

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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。

CLEO

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