ハイパー核と YN 相互作用 　　　　　

　　　 after Hiyama’s talk at KEK after Day1 projects

山本 @ 都留文科大

2008/9/2 理研

「 J-PARC ハドロン物理の将来研究計画を考える」

夢 & リアリティ

5-10 年後の夢のある話をせよ

ハイパー核研究の二つの側面

　　ハイペロンを含む原子核の構造・反応

　　 YN ・ YY 相互作用の特徴

YN ・ YY 相互作用とハイパー核

YN ・ YY 相互作用模型は 2 体散乱データの貧困さのために非常に不定性が大きいハイパー核データによる模型の制限や選択が重要な役割を果たす

ハイパー核データが NN 核力における2 体散乱データの役割を果たすわけでない

YN 散乱データはベースであるそれなしに Nijmegen model は作れなかった

前置き

YN,YYYN,YY 相互作用が全部よくわかったとしたら相互作用が全部よくわかったとしたら

格子格子 QCDQCD でで YN,YYYN,YY 力が正しく出たら 力が正しく出たら

触発されて考えてみたこと

答えではないが

Oka-san の問いかけ

「「 YN,YYYN,YY 相互作用が全部よくわかる」相互作用が全部よくわかる」

とは、どういうことだろうか？

ΛNΛN 、∑、∑ NN 、、 ΛΛΛΛ 、、 ΞNΞN 、、 Λ∑Λ∑ 、∑∑、、∑∑、 ΛΞΛΞ 、∑、∑ ΞΞ 、、 ΞΞΞΞ 　・・・　・・・

まずは核力まずは核力 (NN interaction)(NN interaction)　武谷核力論（ 1950 年代）以降の発展

定性的特徴（ 1950 年代）　 OPEP tail　中間領域引力　テンソル力　短距離斥力

モデルの定量的確立　 OBEP and beyond core の成因

50 年

格子 QCD

模型的アプローチ（現象を基礎とする） 第一原理的アプローチ

本質論的段階へ本質論的段階へ

核力模型の定量的成立＊ 2 体系の実験情報 (phase shifts 等）に基づく＊多体系の情報からの feedback は限られている

YN ・ YY 相互作用（現状）＊ 2 体散乱実験は極めて限定的＊多体系の情報からの補完　

どこへ、どのように？

究極目標はﾊﾞﾘｵﾝｵｸﾃｯﾄ間相互作用の全体像究極目標はﾊﾞﾘｵﾝｵｸﾃｯﾄ間相互作用の全体像

実験（ 2 体散乱 / 多体系）で捉えうる各チャネルの基本的特徴をコンシステントに表現し一定の予言性を有する相互作用模型の構築が模型的アプローチの目標である第一原理的研究（ QCD + hyper computer) がいかに進んでも

模型的アプローチがそれに解消することはないだろう人間の認識とは模型的イメージが脳裏に描かれることだからしかし実験不能なチャネルの情報を computer simulation に依拠することはありえる

「「格子格子 QCDQCD でで YN,YYYN,YY 力が正しく出たら力が正しく出たら」」

理論の理論たる所以はその予見性にある

模型的アプローチの基礎付けに留まらず実験プロポーザルの種になりそれが検証されて本物であることが実証される（実体論的段階実体論的段階から本質論的段階本質論的段階へ　ニュートン力学による海王星の予見と発見）

その段階に到達して初めて実験不能なチャネルの simulation が reality を獲得するΛ∑ 、∑∑、 ΛΞ 、 ΞΞ 、・・・中性子星の内部を知る

が意味すること

と私は思います

典型例としての ΛN spin-spin interaction

Λ ハイパー核における spin-doublet states でのテスト ND 　　　 ×　　 　 NF 　　　△　　　 JA/JB ×

模型構築における必要条件として考慮　　　 NSC97e/f ESC04 FSS/fss2

模型的アプローチ模型的アプローチ

spin-doublet statesspin-doublet states

Decomposition to spin-independent,spin-spin, LS and tensor parts

ΛNΛN 相互作用模型の構築：相互作用模型の構築：spin-spin partspin-spin part を適切に調節することが前提を適切に調節することが前提

SLS/ALS problem

SLS/ALS は手に p-states で効く short-range interaction多体効果の影響を受けにくいΛs.o. splitting in nuclei と素直にリンクする

γ 線分光実験による Λs.o. splitting の精密測定は90 年代における代表的成果のひとつである

相互作用模型への反映相互作用模型への反映

“Strong cancellation of SLS & ALS” は QM の専売特許ではなさそう　　　　　　 also possible in ESC modeling

PS, S, V, AV nonets

PS-PS exchange

(ππ),(πρ),(πω),(πη),(σσ)

not taken

ESC04 modeling

+(π K),(π K*) ・・・ strangeness exchange

ESC07

small spin-orbit interactionsmall spin-orbit interaction

small spin-orbit splitting は meson-theoretical に理解できる !!

Experimental value estimated as KΛ~7

ESC07

∑N interaction をめぐって

After Day-1 の目玉の一つ but肥山さんの KEK トークに含まれていない

「将来研究計画を考える」

　　　　　　 21S0 23S1 41S0 43S1 sumFss 6.1 -20.2 -8.8 48.2 　 　 +9.8fss2 6.7 -23.9 -9.2 41.2 　 +7.5

meson-theoreticalmodels

QM-basedmodels

Repulsive core の成因

たとえばESC ポメロン +ω 　　　チャネル・状態依存性はあまりない

FSS/fss2 QM に特有のチャネル依存性がある

ハイパー核で領域Ⅲを見れるか？

領域ⅢTamagaki’s original idea:Pauli-forbidden state

原子核現象を通じて核力の領域 III の異なるmodeling を区別することはできなかった

K. Shimizu, S. Takeuchi and A.J. BuchmannK. Shimizu, S. Takeuchi and A.J. Buchmann, PTP, Suppl. 137(2000)

QM cores

V[51] の調節で強く変わる

V[51] に Pauli-forbidden state が存在

ESC core ESC core に ＱＭ に ＱＭ core core の特徴を反映させるの特徴を反映させる !!!!!!

Assuming“equal parts” of ESC and QM are similar to each other

Almost Pauli-forbidden states in [51] are taken into account by changing the pomeron strengthsfor the corresponding channels

ESC core = pomeron + ω

ggPP 2.5 g 2.5 gPP

ESC07-ESC07-a,b,c,d,e,f,ga,b,c,d,e,f,g

Recent Nijmegen approachRecent Nijmegen approach

Strong repulsion in T=3/2 3S1 & T=1/2 1S0 states Large conversion width (strong ΛN-ΣN coupling)

ESC07ESC07

UΣ

ESC07

Nijmegen 対 Kyoto-Niigata

ESC も FSS/fss2 も同じ範疇（模型的アプローチ）に属し多かれ少なかれ現象論的パラメータを含む

ESC07ESC07two-meson exchange まで入れる、 effective meson は使わないrepulsive core: ω meson + pomeronQM core の特徴を現象論的に取り込む

FSS/fss2FSS/fss2QM core + effective mesons両者の接続には現象論的パラメータが使われている

原理的には Fujiwara QM core + Rijken meson exchangeのモデルも可能である

いずれにおいても模型的アプローチに相応しい現象論的処方を含む原理主義の臭いはそぐわない

Quark Pauli-forbidden states の存在をいかにして実証するか？

∑∑N phase-shift analysis (N phase-shift analysis ( 可能可能 ?? ））

∑∑-nucleus potential-nucleus potential を通じてを通じて

Quasi-free ∑ productionQuasi-free ∑ production

∑∑-nucleus scattering-nucleus scattering

B-nucleus folding potential derived from complex G-matrix

GGBNBN(r; E, k(r; E, kFF))

N-nucleus scattering の記述においては“no free parameter” で現象論的モデルを凌駕する

Calculated by Furumoto

Quasi-free ∑production の spectrum からU∑ の引力 or 斥力が決められるだろうか？

ところで

by Maekawa, at al.

Λ optical potential by Yamamoto-Bando 1988

ΛA potential の Imaginary part の origin は NA と同じ : Wscat

JLM近似

W= Wconv+ Wscat WWscatscat がが p-nucleus p-nucleus の虚部分に対応の虚部分に対応

強い虚部分の存在！ Dabrowski

W∑<WN<WΛ

Wconv only (dashed) は WS による結果と似ているWscat による強い reduction

with U∑(JLM)

N-nucleus scattering :核力から出発して” no free parameter” で説明できる核力模型による差は小さい

U∑ の正負のような定性的特徴（相互作用模型の選別）∑-nucleus scattering で判別できるのではなかろうか

さらには∑ spin-orbit potential （模型毎にバラバラ）の情報も・・・ Lane potential も・・・

∑∓-nucleus scattering

入射エネルギー 50 ～ 200 MeV でG-matrix 近似は非常によいUcen と Uso は∑ N interaction の良い情報

微分断面積と偏極量 (Ay) から Ucen と Uso が決まるUso は Ay だけからは決まらない

N>Z targets に対する ∑∓ 散乱で Lane potential も

Calculated by Furumoto

YN ・ YY interactions in S=-2 states

ここに至って初めてここに至って初めて Baryon octet Baryon octet 間相互作用の間相互作用の全体像が見えてくる全体像が見えてくる

現状はと言えば、 ΞN interaction に関する種々の理論的模型は定性的にすらバラバラ実験なし理論の無力さを露呈

UWS～ -14 MeV が唯一の手がかりできる計算を行い J-PARC 実験をかたずを飲んで待っている

先のシナリオは実験結果次第か・・・Ξ ハイパー核の存在確認は次のパラダイムへの架け橋

とりわけ ΞN interaction

十分に深い十分に深い UUΞΞ 　 (light p-shell Ξnuclei ）

素直な SU3 OBEPでは無理（ NF, NSC89/97, etc 強い斥力 )

FSS/fss2は 11S0 state　 attraction で頑張るが不十分

特殊な modeling が必要

scalar-singlet meson dominant models: ND, Ehime

Cancellation between vector & axial-vector mesons: ESC04d

Features of ESC04d and NHC-D

ESC04d NHC-D

Mass-dep of BΞ weak strong

Lane term strong weak

light Ξ-states ○ 　　　　　△　　

Conversion width 　　　　　　 　 large small 　

(K-,K+) experiments in J-PARC are decisively important to select out reasonable interaction models

願わくば、いつか願わくば、いつか (K(K--,K,K00)) 反応を！反応を！

5 年後、１０年後のハドロン物理研究の考えられる将来像

QCD

ハドロンLattice QCD

現実的相互作用（ YN 、 YY 、メソンーバリオン）

多体系のダイナミクス

Shell 模型 Few-body 計算Cluster 模型

J-PARCYN 散乱実験

ペタコンの導入でさらに発展

J-PARC高分解能ガンマ線実験ペタコン

有限温度における高密度状態の物理（中性子星内部の研究）

（ Hiyama’s view)

新しくこの矢印が生まれる！

今は予想もできない現象を予言可能チャーム核、オメガハイペロンを原子核に入

れたハイパー核、いろいろなメソンを原子核に入

れたエキゾチックな原子核を予言

おわり

UUσσσσ -1.37 -0.96 -1.37 -0.96

arXiv:0801.0879v1 6 Jan 2008

デタラメ例

Jeulich model における ΛN spin-spin が悪いことを15 年ほど前に指摘したが Holinde に無視された最近の Jeulich 05 では更に悪くなっている

我々の提起を誠実に受け止めた Nijmegen(Rijken) はNSC97, ESC04/07 に取り組んだ

ΛN-∑N coupling の強さ （定量的理解へ）

Meson theoretical model にとっての重要性

J-PARC 実験の重要課題 neutron-rich Λhyper nuclei conversion widths of ∑states etc

π

玉垣さんのテキストより

π

ΛN-ΣN coupling を荷う実体は π である

ΛN-ΣN tensor は NN tensor と同質

dominated by π

ΛN-∑N coupling がtensor-dominant であることは多体構造計算における理論的前提

Calculated by Furumoto

BNL-E88512C(K-,K+)X

UΞ~ -14 MeV

KEK-E176twin Λ hypernuclei

UΞ~ -16 MeV

Experimental data suggesting attractive Ξ-nucleus interactions

represented by Woods-Saxon potential

PS V

S A

Ξ Ｎ 13S1- state attraction

Canceling of V and A

Attraction of S appears

cancel

attractive

ω

a1

ε

Contributions from PS-, S-, V-, AV-mesons

Double-Λ states after Nagara

たくさん造ることHiyama systematics からのズレ ?ΛΛ-ΞN coupling の強さ？

ΛΛ attraction owing to ΛΛ-ΞN coupling

Ξ states の幅を大きくする悪役