この論文では、米国のブルックヘブン国立研究所(BNL)において著者らが行った⁹_ΣBeハイパー核の実験結果の報告及び考察を行った。

　ハイパー核は1980年にスイスのCERN研究所においてハイパー核実験の副産物として初めて報告された[1](図.1参照)。彼らは⁰の生成閾値より上にハイパー核の励起状態に似た2本の巾の狭い(8MeV程度)ピークを発見した。粒子は強い相互作用によりN→N崩壊し、Batty、Galらの計算([2][3])によるとその巾は20から30MeV程度と予測されていたため、巾の狭いハイパー核の報告は驚きであった。その後、CERNやBNLにおいて⁶Li(K^-,)、⁷Li(K^-,^-)、¹²C(K^-,)、¹⁶O(K^-,)反応でも巾の狭いピークが粒子の連続状態上に報告されている[4][5][6][7]。しかし、その後統計精度を上げた実験が行われ、⁷Li(K^-,⁺)と¹²C(K^-,⁺)反応におけるシグマハイパー核は存在しないことが証明された[8][9]。

　多くのシグマハイパー核の存在が疑問視されるなか、⁹Beシグマハイパー核は比較的はっきりとした構造が見えており、かつその構造がと似通っていたために、統計精度の悪さにかかわらずその存在が信じられることが多かった。しかし、その後追試実験が行われることもなかったので、統計精度の高い実験が待ち望まれていた。そこで我々は、BNLのシンクロトロン加速器(AGS)のビームを用いて統計精度をあげた⁹Beシグマハイパー核実験を行い、かつての実験で報告された狭い巾の成否を検証することにした。

図1:CERNでの⁹Be(K^-,^-)反応のスペクトル[1]。上図はのスペクトル、下図が領域のスペクトル。横軸は(上図)および⁰(下図)の束縛エネルギーの符号を反転したものである。

　我々はこの実験をBNLのAGSにあるLESB2ビームラインで実験887として行った。負のK中間子を実験標的に照射して放出される中間子の運動量を測定し質量欠損を測る方法を用いた。実験装置は図.2に示してある。K中間子の運動量は、粒子の生成断面積と粒子への運動量移行を考慮にいれ、600MeV/cとした。入射K中間子は運動量を磁気スペクトロメータ(Kaon spectrometer)によって選びだされ、かつ実験標的まで運ばれる。実験標的としてベリリウム、そして検定用にCH₂を用いた。標的との反応後に放出された中間子の運動量は標的の後ろにある磁気スペクトロメータ(Pion spectrometer)によって測定される。

　Kaon spectrometerは4つの四重極磁石(Q)と1つの二重極磁石(D)がQQDQQ(Q5、Q6、D2、Q7、Q8 図.2参照)という順番でならんでいる収束タイプのスペクトロメータである。粒子の動きを捕らえるために、Q6の上流にHodoscopeとDrift Chamber(DX1)、Q8の下流から実験標的の前までに6つのDrift Chamberを置いた。さらに粒子識別はQ6の上流のscintillation counter(S1)と実験標的の直前のscintillation counter(ST)との間の飛行時間差およびLucite Cerenkov counter(CP)とによって行った。

　Poin spectrometerも基本的にはKaon spectrometerと同じ形のスペクトロメータである。このスペクトロメータは実験標的のある位置で回転することができ、今回の実験ではK中間子の入射方向に対して、反応後に放出される中間子の検出方向が4°になるように設定した。Drift ChamberをQ9の前に5つ、Q12の後に3つ配置し、粒子識別はSTとQ12の後方にあるscintillation counter(S2)との飛行時間差を用いて行った。さらにK中間子の崩壊からくる電子および粒子はバックグラウンドとなるため、粒子のみを検出する鉄ブロックとscintillation counter(MU)からなる装置を最下流に配置し、粒子を除いた。

　1スピルあたり平均して50000個のK中間子が得られ、:K比は15:1であった。

図2:BNL AGS実験887(ハイパー核の探索実験)の実験装置

　以下に示すスペクトルは全て、Pion spectrometerのアクセプタンス補正を行ったあとで縦軸を反応断面積にしてプロットしてある。

3.1⁹Be(K^-,^-)反応

　図3に実験結果のexcitation energyのスペクトルを示す。Excitation energy(EE)の定義は、EE＝(ハイパー核の質量)-(残留核の質量+hyperonの質量)である。EE＝0MeVはhyperonの生成閾値をあらわし、EEが負の領域はhyperonが束縛されていることを示す。

　この図でのEE＝0MeVは生成の閾値であり、EE>0MeVはの非束縛領域にあたる。

　EE＝-10MeVから⁰生成のはじまるまえ(EE＝75MeV)までのエネルギーで積分した断面積は2739±251(statistical)(systematic)b/srであり、有効中性子数は2.12±0.58である。

3.2生成領域での⁹Be(K^-,⁺)反応

　Excitaion energy(EE)のスペクトルを図.4に示す。EE＝0MeVは^-の生成閾値であり、EE>0MeVは^-の非束縛状態である。

　EE＝0MeVからEE＝80MeVまでの断面積の積分値は741±78(statistical)(systematic)b/srであり、有効陽子数は1.18±0.14である。

3.3生成領域での⁹Be(K^-,^-)反応

　Excitaion energy(EE)のスペストルを図.5に示す。EE＝0MeVを⁰の生成閾値とした。EE>0MeVは⁰の非束縛状態である。⁹Be(K^-,^-)反応では⁺も生成されうるが、その閾値はこの図においてはEE＝13.3MeVである。

図3:⁹Be(K^-,^-)反応のexcitation energy(EE)スペクトル。EE＝0MeVはの生成閾値。Pion spectrometerの中心運動量550MeV/c。縦軸は反応断面積。図4:生成領域での⁹Be(K^-,⁺)反応のexcitation energy(EE)スペクトル。EE＝0MeVは^-の生成閾値。縦軸は反応断面積。上図では、Pion spectrometerの中心運動量438MeV/c、下図では460MeV/c。図5:生成領域での⁹Be(K^-,^-)反応のexcitation energy(EE)スペクトル。EE＝0MeVは⁰の生成閾値。縦軸は反応断面積。Pion spectrometerの中心運動量460MeV/c。

　生成からの寄与を差し引いた後、EE＝0MeVからEE＝80MeVまでの領域をエネルギーで積分した断面積は、1157±86(statistical)(systematic)b/srである。

　CERNの実験と我々の実験では実験条件が異なる。この実験条件の差異を議論し、両者を直接比較してかまわないという結論を得た。CERNののスペクトルと我々のスペクトルを比較するために、両者を重ねた図を示す(図.6参照)。両者を比較してみると全領域にわたってよく一致しているが、CERNのデータの2つの共鳴状態のあいだのへこみのところだけが我々の実験とあい入れない。我々の実験装置のエネルギー分解能は4.2MeV FWHMであり、彼らの巾8MeVのピークが検出できないことはありえない。さらに我々のデータの統計精度はCERNの実験の10倍あるので、CERNで報告された8MeVほどの狭い巾を持つ2つのピークは存在しないと結論出来る。

　次に⁹Be(K^-,⁺)反応のスペクトルを見てみると、^-の束縛領域にも非束縛領域にも何の構造もないことが分かる。

　さらに、の非束縛領域にある連続状態を準自由生成の見地から見て、スペクトルの議論を行った。ここではGal[10]らの導入した方法を用いた。詳しくは本論文を参照されたい。Galの方法は過去BNL、CERNで行われたハイパー核の実験スペクトルを良く再現しているが、我々のデータはスペクトルの立ち上がりを再現することは出来なかった。さらなる理論的解析が必要であろう。

　我々は⁹Be核について(K^-,^-)、(K^-,⁺)反応を用いてハイパー核の実験を行った。その結果過去のCERNの実験での2つの狭い巾のの共鳴状態は発見されなかった。さらに、粒子の準自由生成でexcitaion energyスペクトルを議論したが、(K^-、)反応のスペクトルとも、準自由生成では説明出来なかった。より詳しい理論的解析が必要であろう。いずれにせよ、この実験データが核子間の相互作用の理解に大いに役立つことは間違いない。

図6:我々の⁹Be(K^-,^-)スペクトルとCERNでのスペクトルの比較。横軸はexcitation energy。縦軸は任意に合わせてある。