多彩なフレーバーで探る新しいハドロン存在形態の包括的研究
平成21年度～平成25年度
飯嶋 徹（名古屋大学・素粒子宇宙起源研究機構・現象解析研究センター・教授）
本領域では、これまで独立に研究を進めてきた素粒子・原子核分野の実験研究者と理論研究者が結集し、クォークと反クォークから成るメソンやクォーク3個からなるバリオンとしては理解できないエキゾチックハドロンの成り立ちと、物質中でハドロン質量が変化する機構を実験的に確立し、QCDの動力学によってクォークからハドロンが形成される機構の解明を目指す。より具体的には、Bファクトリー、Spring-8、J-PARCにおける実験計画研究を組織して、テトラクォークやペンタクォークなどの新しいハドロンの探索とその諸性質の測定を進めるとともに、原子核中でのハドロンの質量変化を詳細に測定する。さらに素粒子・原子核分野の連携による検出器開発を進め、将来の高輝度実験への発展を目指す。理論研究においても両分野の手法を融合して、実験研究結果を統一的な視点で捉え、クォークの閉じ込めやハドロンの質量生成といった根源的問題の解明につなげる。
本領域の研究により、ペンタクォークやテトラクォーク状態が確立しその構造が明らかになれば、これまでのクォーク模型に基盤をおいたメソンとバリオンの描像を超える全く新しい物質の存在形態が確立することとなる。そして、本領域の研究を引き金に高輝度Bファクトリー、LEPS2、J-PARCにおける実験研究が発展すれば、クォークの閉じ込めと質量生成機構の解明にむけた研究が飛躍的に進む。このことによって、素粒子と核物理学の間に新たな学問領域が創出できる。
各計画研究は順調に立ち上がり、計画に沿って以下のとおり進行している。1）計画研究A01では、Bファクトリーにおける新しいハドロンの発見が続き、特にボトモニウム領域において、電荷を持つ二つのZb粒子を発見、低エネルギーのストレンジネス領域にも研究を展開している。2）計画研究B01では、LEPS実験において新しいバリオン共鳴を示唆する結果を得るとともに、J-PARCハドロン施設での最初の物理成果として、予備的ながらπ中間子ビームによるΘ+生成断面積の上限値を得た。3）計画研究C01では、ベクトル中間子の原子核中での質量変化の測定に向けて、高計数率トラッキング装置や電子検出器の開発が着実に進んでいる。4）計画研究D01では、独自のリングイメージング型粒子識別装置（TOPカウンター及びエアロジェルRICH）の技術確立を行い、高輝度Bファクトリー実験用実機の製作を開始した。5）計画研究E01は、各実験チームと連携してデータの理論的考察を進めている。Λ（1405）、φ、Λ（1520）の光生成（B01-E01）、X（3872）の構造と崩壊様式やクォークの破砕関数（A01－E01）等の研究を進めた。また実験研究間の連携として、6）原子核研究者チーム（BelleNPC）によるBファクトリーデータの解析が立ち上がった（A01－B01）。7）総括班の主導によって、領域主催の研究会、セミナー、スクールなどを積極的に進めた。関連が深い「素核宇宙融合」領域との研究交流も進めている。
Ａ＋（研究領域の設定目的に照らして、期待以上の進展が認められる）
クォーク閉じ込めに伴うハドロン形成の機構を解明するという明確な目標に向かって、素粒子物理と原子核物理の研究者が連携して、研究を推進していると認められる。KEKB/Belle実験では、次々にメソンの新共鳴状態が発見され、SPring-8／LEPS及びJ-PARCでもバリオンに関する新しい発見が相次ぐなど、新粒子の発見やエキゾチックハドロンの性質についての新しい知見など、既に数多くの成果があがっている。若手の啓蒙・教育活動として、データ解析スクールやサマースクールなどが開催されており、全体的に非常に活発な領域研究活動が進められていることは高く評価できる。一方で、発見の成果を統一的に理解するためには、理論研究の役割は欠かすことができない。総括班が重要な役割を果たし、世界をリードする結果を出すことを期待する。また、GEMや低屈折率物質の開発等も興味深く、波及効果も考えて広報されることを期待する。
「異なる学問分野の研究者が連携して行う共同研究等の推進により、当該研究領域の発展を目指すもの」とした当該領域において、我が国が牽引するエキゾチックハドロンの研究を、素粒子と原子核の研究者が連携して、期待どおりに進めていることは高く評価できる。
また、「多様な研究者による新たな視点や手法による共同研究等の推進により、当該研究領域の新たな展開を目指すもの」として、クォークハドロン物質の研究をキーワードに、データ解析と新しい検出器の開発･建設が順調に進展していると認められる。
「異なる学問分野の研究者が連携して行う共同研究等の推進により、当該研究領域の発展を目指すもの」とした当該領域において、素粒子研究者と原子核研究者の密接な連携によって、J-PARCやKEKEB／Belleでの研究から、期待された成果（新粒子の発見、エキゾチックハドロンの性質についての新しい知見）があがっている。特にKEKB／Belle実験では、次々にメソンの新共鳴状態が発見され、またSPring-8／LEPS及びJ-PARCでもバリオンに関する新しい発見が相次いでいる。比較的長いスパンの研究が中心の素粒子・原子核研究において、J-PARCからの成果が2年で出ていることは驚きである。
共通の学術的目標に向かって必然的に連携研究が深まっており、特にKEKB／Belleで発見されたX（3872）やチャームバリオンの理論研究が精力的に行われている。また、本領域研究で計画していた核物理研究者のKEKB／Belle実験データ解析という連携研究が実際に始められている。若手の啓蒙・教育活動として、データ解析スクールやサマースクールなどが開催されており、全体的に非常に活発な領域研究活動が進められている。
また、「多様な研究者による新たな視点や手法による共同研究等の推進により、当該研究領域の新たな展開を目指すもの」として、QCDの理論家の主導により、ハドロン物理についての広範な成果が得られている。
特に問題点を指摘する意見はなかったが、組織のどのあたりに新規性があるのか、異分野の研究者にわかりやすい形で示して欲しいとの意見があった。自ら評価委員会を実施し、外部からの評価や今後の方針への助言を得ていることは好ましいことである。
特に問題点を指摘する意見はなかった。
発見の成果を統一的に理解するためには、理論研究の役割は欠かすことができない。総括班が重要な役割を果たし、世界をリードする結果を出すことを期待する。また、GEMや低屈折率物質の開発等も興味深く、波及効果も考えて広報されることを期待する。
平成23年度科学研究費補助金「新学術領域研究（研究領域提案型）」に係る研究経過等の報告書（※KAKEN科学研究費補助金データベースへリンク）
研究振興局学術研究助成課
-- 登録：平成24年02月 --