クォーク模型誕生と多重発生

1. クォーク模型誕生と多重発生 大場一郎 松本大重イオン研究会 2013年6月22,23日　浅間温泉

2. １．基研を中心とした多重発生研究の誕生 • 1949年　湯川秀樹ノーベル賞 • 1953年　基礎物理学研究所設立 　　　　　　　 国際理論物理学会(9月) 海外からの参加者、例えば Bhabha, Bloch, Feynman, Heitler, Le(’)vy, Marshak, Mo(/)ller, Pais, Peierls, Perrin, Proca, Shiff, … • 会議にさきだって 2月　宇宙線ゼミナール（早川） 3月　核反応ゼミナール（山口）　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　基研研究会の先駆け　 • 所員の木庭二郎、早川幸男が多重発生の勉強会 1954年　 　　　中間子多重発生研究会　　　　　　　 福田、早川 1956年2月　　超高エネルギー現象研究会　　　　　早川、木庭 1956年12月　超高エネルギーシンポジウム　　　　 東京グループ（福田、藤本）

3. 1956年 超高エネルギーシンポジウム 東京グループ、12月、教育大 　多重発生理論（Landauモデル）の問題点 福田博 　統計力学的理論と場の理論　　　　　　 伊藤 　多重発生と場の理論の流体的描像 　　　 並木、磯 　中間子流体の状態方程式と相互作用の型　江沢、友澤、梅沢 Fermi理論におけるfinal state interaction　 森 ------- 空気シャワーのμ成分　　　　　　　　　小田 　ジェット･シャワー　　　　　　　　　　 西村

4. ○多重発生流体模型の場の理論的基礎付け 　　　高エネルギー宇宙線による中間子多重発生（Heisenberg） 　　　　　発生機構と強い相互作用の型が同定? 　　　　　　カスケード/単一衝突？ 　　　　　　第1種相互作用/第2種相互作用? 1950年、Schein starの観測 1951年、統計模型（フェルミ） 1953年、流体モデル（ランダウ）　⇒　比較的実験結果と 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一致する現象論的模型 1957年、並木、磯、森、・・・ 　　　　　　中間子場の相互作用　⇒　物理量（Ｅ、ｐ、・・・）　 　　　　　　場の理論　　　　　　　　 ⇒　流体模型の適用限界評価 　　　現在のＲＨIC、ＬＨＣなどの加速器実験 クォーク・グルーオン・プラズマの基礎理論

5. ２．ＩＣＥＦ（国際共同原子核乾板飛行計画）２．ＩＣＥＦ（国際共同原子核乾板飛行計画） シカゴ大 Ｓｃｈｅｉｎの気球実験　→　小柴(N.C. 1960s ) 　　原子核乾板で宇宙線による中間子多重発生事例観測 高エネルギー核衝突　⇒　パイ中間子発生 　　　　荷電粒子の　log tanθ　分布 　　　　この分布に　複数個のクラスター　の存在　（←　丹生の2つの火の玉模型） 1964, Kobayashi,Namiki,I.O.,Orito, PTP クラスター間の運動量移行量の多寡　→　多重発生現象の分類 　　クォークジェットのカスケード的ハドロン化模型の魁

6. 3．クォーク模型と素粒子反応 1964年　クォーク模型の提唱　 M. Gell-mann, A. Zweig 実験的質量準位を見事に説明 　　　重粒子（p,n,Λ,Σ0,±,Ξ0,-）　8重項, ・・・・10重項 　　　中間子（π0,±,, K0,+, K0,-,η）　8重項 奇妙な基本粒子　電荷：1/3, 2/3 重粒子数：1/3 　当時の主流8重項を導く単なる“数学的道具” （坂田模型・・・基本粒子（p,n,Λ）　重粒子15重項） 196４年（素研）、65年（PTP）　町田-並木 クォークは物理的実体（qqq）+(qqq) ⇒　核力の“固い芯”の説明に成功 cf: 2000年頃、理研の有馬報告 1977年、Neudatichin-Smirnov-Tamagaki, PTP 1980年、Oka-Yazaki,PL, PTP

7. 第1回「宇宙線領域と加速器領域における 　　　　　　　素粒子物理学」研究会、1964年12月 核力のハードコアー NN散乱の位相シフト：３S０　、３S1 に斥力　 　　　クォーク多体系のフェルミ統計性に起因 ４GeVと8GeVのπN後方散乱にピークの存在 　　　構成粒子のrearrangement scatteringに起因 　　　坂田のコメント 　　　　分子型　(NN^{-})＋N 　　　　原子型　(qq^{-}) + (qqq) 坂田模型とクォークモデルの区別可能?

8. 3-a．強い相互作用と双対性 　高エネルギー素粒子反応に現れる ハドロンの複合粒子性 1965，6年　藤本、町田、並木、I.O. πN後方散乱のピーク←クォークrearrangement scat. 　　　　 分子型模型と原子型模型の区別が可能？ π+p →pπ+〇　　　　　　　　△ π- p → pπ-×　　　　　　　　△ → nπ0 〇　　　　　　　　△ １９６８年　G.Veneziano　　双対振幅（４体）の提唱 Veneziano振幅の拡張と新たな可能性（並木、I.O.） ○off-mass-shell振幅 　　　○電磁相互作用の導入 　　　○ボソン電磁形状因子 　　　○包含反応に適用⇒６体振幅の和則に現れる双対性の確認

9. ４-b．弱相互作用 1966年　並木、中川、I.O.、小林（庸） 　　クォーク実体模型で中性子β崩壊を解析 　　　　　　　　素過程：d → u + e- + ν（bar） GA/GV ⇒核子波動関数の主要成分:SU(2)×SU(3)対称 （SU(6)の56次元既約表現) 　　南部のカラー量子数導入へとつながる 1967年　I.O.非レプトン崩壊へ拡張 Σ,Λ →　N+π 　　「Lee-菅原の関係式」をクォークモデルから “弱相互作用の素過程はクォークレベル”

10. ４-c．電磁相互作用 （60’ｓ後半～80’s前半） 　　（並木、小林（澈）、藤村、小林（庸）、織田、斎藤、 　　　岡野、松田、木造、大下） 　少数核子原子核（p, n, D, He,…） 物理的実体である 3n(n=1,2,…)個クォークの多体系 　　　　相対論的な束縛状態 　　時空的な広がり　⇔　相対論的波動関数 　　電磁的相互作用（光子で触る）　⇒　電磁形状因子 　　　大運動量移行量領域（より内部領域） 　　　形状因子の負ベキ的振る舞い　⇒　相対論的効果 　　弱相互作用にも適用　…　岡野ら　　弱形状因子 　現在のクォーク原子核物理学の魁

11. ４-d．ループを通しての未知クォークの寄与 Glashow-Iliopoulos-Maiani（GIM）機構 ΔS≠0 中性流の抑制 ⇒ ｃ-クォークの予言 １９８１年　木造、岡野、山中、I.O. 標準模型の枠内 axial vector neutral current，γ５量子異常 　　　　　　　　　　　⇒敷居値以上の重クォークの寄与 　　　　　　木造（東海大）が引き継ぐ 4-e.　高エネルギー素粒子反応、多重発生 　　　（並木、I.O.、鈴木、金井（中野）、中村（純）、伊達） (名古屋G. 沢田、井町、二宮(勘)、松岡 　　　　　　散乱断面積の比　←　クォークカウンテイング)

12. 5．クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP） 　（並木、水谷、室谷、伊達、平野、野中、森田） 1988年　水谷-室谷-並木QGPの第一原理 … 量子色力学　　　　　　　　　　 　　　　　半現象論的取り扱い　　　　　 　　　□多体量子系の代表的モードの存在 　　　　　　　⇒ 量子Langevin方程式 ⇒ 物質定数 　　　□時空発展(軸対象) ⇒ 相対論的流体方程式 QGP時空発展のシミュレーション・スキーム 199*年　平野 　　　□完全な(3+1)次元相対論的スキーム QGP流体模型のプロトタイプ RHIC、LHCデータの有力な解析手段