belle/belle ii でのハドロン実験

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

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

X(3872)

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

Z(4430)

PRL91,262001(2003) PRL100,142001(2008)

その他の過程でも発見が目白押し

始状態輻射における Y粒子シリーズPRL99,182004(2007)他

ダブル cc生成におけるX(3940)の発見PRL98,082001(2007)

二光子衝突におけるZ(3930)=c2’の発見PRL96,082003(2006)

hc’ & e+e-ccccD0*0 & D1*0

X(3872)

Sc* baryon triplet

X(3940), Y(3940)cc2’

Y(4660) Y(4008)

DsJ(2700)Xcx(3090)

Z(4430)

DsJ(2317/2460)

DsJ(2860)

Y(4260)

Y(4320)

積分ルミノシティ

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

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

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

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

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

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

Z(4050),Z(4250)Yb

Ｂファクトリーで発見された新共鳴粒子

Nuclear Physics Consortium (NPC)• Nakano Takashi, Ajimura Shuhei , Hotta Tomoaki , Maeda

Yoshikazu , Morino Yuhei , Muramatsu Norihito Noumi Hiroyuki, Sumihama Mizuki, Yosoi Masaru, Yuhei Morino

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.• Matusda Tatsuro Miyazaki Univ.• Nakazawa Kazuma 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

8

Perturbative region

Non-Perturbative region

Current quarkConsitituent quark

Chiral symetry is a good symmetry

Flavor SU(3) symmetry is a good symmetry

Parton model Quark model

Color confinement

Spontaneous breakdown of

chiral symmetry

Generation of Hadron mass

Creation of NG bosons: p,

K, hPrecise determination of spin structure functions: GPD

Multi quark hadron physics: pentaquark, tetraquark, meson-baryon resonances

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??

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 to stable mesons (on-going projects)

pion, kaon, proton (and charged hadron) data from Belle energy scale will improvedetermination 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 to neutral pion, eta, f0, Lambda, and exotic hadrons

Collins FF @ Belle, PRD78, 032011

(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

211 /

2if e k a

ik

2 22

4sin 4 a

k

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

S波散乱振幅と scattering length (a) の関係

pp scattering length

2 2 20 2 10 0 12 2 2

7: , ,

32 16 24Il

m m ma a a a

F F F

00

20

11

Experiment lowest order First two orders

0.26 0.05 0.16 0.20

-0.028 0.012 -0.045 -0.041

0.038 0.002 0.03

a

a

a

　 0 0.036　

N

pp

p

p

p

p

K Invariant massの小さい領域が重要

Scattering lengthの測定の処方箋

1.様々なハドロンを reconstructする。2.様々な不安定なハドロンを reconstructする。3.ハドロン―ハドロン　ペアの invariant massを計算する。

4.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。

5.理論屋の力を借りて scattering lengthを求める。

B resonanceを経由しない eventを解析する．

Scattering length測定で何がわかるか？

1.分子共鳴状態の可能性を探る

2. SUf(3)での Chiral摂動論の検証

3.標的を準備できない短寿命粒子間の相互作用

4.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

軽いクォーク間の強い相関を重いクォークで断ち切る

・ Heavy flavor exotic hadrons S. H. Lee and S. Yasui arXiv:0901.2977 [hep-ph]

Explicitly exotic heavy hadrons Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)

c ducTcc

Carlson, Heller, Tjon (1988)Silvestre-Brac and Semay (1993)Manohar and Wise (1993)

Tcc cannot be regared as two quark state.So, it is „explicitly“ exotic.


dcucc ducTcc

+

D mesons

Stable against decay to two D meosns?


We consider color-spin interaction.

Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)

dcucc ducTcc

+

D mesons

Stable against decay to two D meosns?


We consider color-spin interaction.

Tetraquark Tcc (cbarcbarud; C=+2)

dcucc ducTcc

+

1/4mc2 -3/4mu

2 -3/4mcmu -3/4mcmu(mu /mc≈0.2)

D mesons


→ Tcc seems really stable state.

dcucc ducTcc

+

1/4mc2 -3/4mu

2 -3/4mcmu -3/4mcmu

ud pair (spin singlet) is dominantly attractive.(mu /mc≈0.2)

D mesons

Observation Belle, BABAR, etc. e+e- (or pp) collisions

Belle e+e- → J/ψ ηc PRL89, 142001 (2002) J/ψ χc , J/ψ ηc (2S) PRD70, 071102 (2004)

BABAR e+e- → J/ψ ηc , J/ψ χc0 , J/ψ ηc (2S) PRD72, 031101 (2005)

double charm production

→ Possible to search Tcc+c+c ?

Double charm baryonの研究も有望

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

「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。

B01（ LEPS) e+ e–

A01（ Bファクトリー）

ud

ud

s

us

uud

(1405)

c, b -クォークq q q q q q q q q

u u

c c

cc

gﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ

クラスター

uc

uc

ﾃﾄﾗｸｫｰｸ

dc

uc

X Zu

bu

b

Ybq

q

原子核q

q

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

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　

質量生成機構の解明C01（ J-PARC E16)

e+

e-

u, d, s -クォークMqの変化

belle/belle ii での ハドロン実験

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