J-PARCでφ中間子の観測に成功―物質の質量起源に迫る新たな測定―

2026-03-23 京都大学

本研究は、J-PARC E16コラボレーションにより、30GeVの陽子・原子核衝突で生成されるφ中間子を電子・陽電子対の崩壊から観測することに国内で初めて成功した成果である。J-PARCの高運動量ビームラインと新規検出器を用い、これまで未踏だったエネルギー領域での精密測定を実現した。φ中間子はクォークの相互作用により質量が生じる仕組みの解明に重要な粒子であり、その生成と崩壊の詳細な測定は「物質の質量起源」に迫る鍵となる。今回の成果はその第一歩であり、今後の大規模データ解析により、原子核中での質量変化など基礎物理の核心解明が期待される。

J-PARCでφ中間子の観測に成功―物質の質量起源に迫る新たな測定―
原子核標的中で陽子ビームによりφ中間子を生成。電子・陽電子対でφ中間子の生成を捉える。©️成木恵 Gemini 3 Flash Image

<関連情報>

J-PARC における30 GeV陽子・原子核反応による電子ペア崩壊を通じたφ中間子生成の初測定 First measurement of φ meson production in 30 GeV proton-nucleus reactions via di-electron decay at J-PARC

Satomi Nakasuga ,Yuhei Morino ,Kazuya Aoki ,Yoki Aramaki ,Daichi Arimizu ,Sakiko Ashikaga ,Wen-Chen Chang ,Ren Ejima ,Hideto En’yo ,Dairon Rodriguez Garces,…
Progress of Theoretical and Experimental Physics  Published:09 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/ptep/ptag042

Abstract

We present the first measurement of the production of the φ meson in 30 GeV proton-nucleus interactions on carbon and copper targets via the di-electron decay channel. The measurement was conducted at the high-momentum beamline of the J-PARC Hadron Experimental Facility, which was commissioned in 2020. The e+e pairs were detected using the E16 spectrometer, during a commissioning run of the J-PARC E16 experiment. The φ mesons are successfully reconstructed on all experimental targets. The obtained yields are converted to the total production cross section, assuming a kinematical distribution of the event generator JAM. The total cross sections derived are 2.0 ± 0.9 (stat.) ± 1.0 (syst.) mb on the carbon target and 10.3 ± 4.4 (stat.) ± 4.4 (syst.) mb on the copper target. The mass-number dependence of the cross section is discussed using the parameter α, defined as σ∝Aα, resulting in α = 0.99 ± 0.38 (stat.) ± 0.34 (syst.). The extrapolation to A = 1, which means that the cross section of proton-proton reactions, is in good agreement with the existing measurements at comparable energies.

1701物理及び化学
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