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論文

Calculation of space-charge tune shift in a cylindrical chamber for bunched beams employing Green's function formalism

菖蒲田 義博

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 27(1), p.011001_1 - 011001_25, 2024/01

円筒チャンバー内でバンチされた相対論的なビームの空間電荷チューンシフトを計算する際、一般に、チャンバー壁の代わりにコースティングビームに対する鏡像電流が使用される。そして、バンチ長を特徴付けるためにバンチ因子が直感的に導入される。そのため、この手法の妥当性はいまだ未確立である。本研究では、グリーン関数を用いてバンチされたビームの空間電荷チューンシフトの計算を行い、鏡像電流を使用して導出された以前の公式と比較する。

論文

Demonstration of a kicker impedance reduction scheme with diode stack and resistors by operating the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex

菖蒲田 義博; 原田 寛之; Saha, P. K.; 高柳 智弘; 田村 文彦; 富樫 智人; 渡辺 泰広; 山本 風海; 山本 昌亘

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 26(5), p.053501_1 - 053501_45, 2023/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Physics, Nuclear)

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の3GeVシンクロトロン(RCS)では、ビームを出射させるキッカー電磁石のインピーダンスがビームの不安定性を励起することが理論的に予測されてきた。しかしながら、物質・生命科学実験施設に供給されるビームは大きいエミッタンスを持つので、1MWの大強度ビームであっても適切なマシーンパラメタを選べば、ビームの不安定化を抑制することができる。一方で、メインリングに供給されるビームは、小さいエミッタンスを持つので、キッカーのインピーダンスの低減が必須である。そこで、ダイオードと抵抗器を用いたデバイスを使うキッカーインピーダンスを抑制する方式を提案し、その抑制効果を実証した。しかし、J-PARC RCSは25Hzの繰り返し周波数で連続動作させる必要があり、実用化のためには、耐熱性の高い特殊なダイオードを開発する必要があった。この課題を解決するため、本研究において連続運転に耐えうる抵抗付きダイオードを開発した。これにより小さいエミッタンスを持つ大強度のビームの不安定性も抑制できることを実証することができた。またシミュレーションにより、この方式で少なくとも5MWのビーム運転にも利用できることを明らかにした。

論文

Strong decays of singly heavy baryons from a chiral effective theory of diquarks

Kim, Y.*; 岡 眞; 末永 大輝*; 鈴木 渓

Physical Review D, 107(7), p.074015_1 - 074015_15, 2023/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:58.92(Astronomy & Astrophysics)

重いクォークを1個含むバリオンは重クォークとダイクォークの束縛状態として記述できる。本研究では、ダイクォークのカイラル有効理論に基づき、ダイクォーク間のパイオン結合による遷移を模型化して、重バリオンの崩壊確率に関する研究を行った。

論文

Measurement of the longitudinal bunch-shape distribution for a high-intensity negative hydrogen ion beam in the low-energy region

北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 森下 卓俊; 根本 康雄*; 小栗 英知

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 26(3), p.032802_1 - 032802_12, 2023/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Physics, Nuclear)

バンチシェイプモニター(BSM)はビーム輸送中にある地点での縦方向位相分布を測定して、縦方向ビームチューニングを行う際に有用な装置である。低エネルギー負水素(H$$^{-}$$)イオンビームの縦方向位相分布を測定するために、大強度ビーム負荷による熱負荷を軽減できるよう2次電子を放出する標的に高配向性グラファイト(HOPG)が採用した。このHOPGターゲットにより、50mA程度の高いピーク電流を持つ3MeV H$$^{-}$$イオンビームの中心部で縦方向位相分布の測定が可能となった。テストスタンドでHOPG-BSMを用いて縦方向のバンチ幅を測定したところ、ビームシミュレーションと一致した。HOPG-BSMを用いて、ビーム横方向と縦方向の相関測定を実証した。HOPG-BSMを用いて、縦方向Qスキャン法により縦方向Twissとエミッタンスを測定した。

論文

Self-learning Monte Carlo for non-Abelian gauge theory with dynamical fermions

永井 佑紀; 田中 章詞*; 富谷 昭夫*

Physical Review D, 107(5), p.054501_1 - 054501_16, 2023/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:78.23(Astronomy & Astrophysics)

近年我々が開発している自己学習モンテカルロ法は、モンテカルロ法を機械学習によって加速する方法であり、あらゆるマルコフ連鎖モンテカルロ法を加速する可能性を秘める応用範囲の広い手法である。本論文では、数値シミュレーションが極めて難しく計算コストの高い格子量子色力学のモンテカルロシミュレーションに対して、自己学習モンテカルロ法を適用できたことを報告したものである。このシミュレーションではゲージ場を扱うため、通常のモンテカルロシミュレーションよりも複雑である。特に、ゲージ場とフェルミオン場が含まれる際には計算コストが跳ね上がる特徴をもつ。このような数値的にチャレンジングである系に対して、自己学習モンテカルロ法による有効模型構築を実施することに成功した。その結果、自己学習モンテカルロ法の応用範囲が極めて広いことを示すとともに、格子量子色力学モンテカルロシミュレーションを高速化できることを示した。

論文

Hybridized propagation of spin waves and surface acoustic waves in a multiferroic-ferromagnetic heterostructure

Chen, J.*; 山本 慧; Zhang, J.*; Ma, J.*; Wang, H.*; Sun, Y.*; Chen, M.*; Ma, J.*; Liu, S.*; Gao, P.*; et al.

Physical Review Applied (Internet), 19(2), p.024046_1 - 024046_9, 2023/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.2(Physics, Applied)

Coherent coupling in magnon based hybrid system has many potential applications in quantum information processing. Magnons can propagate in magnetically ordered materials without any motion of electrons, offering a unique method to build low-power-consumption devices and information channels free of heat dissipation. In this article, we demonstrate the coherent propagation of hybridized modes between spin waves and Love surface acoustic waves in a multiferroic BiFeO$$_{3}$$ and ferromagnetic La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_{3}$$ based heterostructure. The magneto-elastic coupling enables a giant enhancement of strength of the hybridized mode by a factor of 26 compared to that of the pure spin waves. A short wavelength down to 250 nm is demonstrated for the hybridized mode, which is desirable for nanoscale acousto-magnonic applications. Our combined experimental and theoretical analyses represent an important step towards the coherent control in hybrid magnonics, which may inspire the study of magnon-phonon hybrid systems for coherent information processing and manipulation.

論文

Understanding the nature of $$Omega(2012)$$ in a coupled-channel approach

L$"u$, Q.-F.*; 永廣 秀子*; 保坂 淳

Physical Review D, 107(1), p.014025_1 - 014025_10, 2023/01

We perform a systematic analysis of the mass and strong decays of the $$Omega$$(2012) resonance in a coupled -channel approach of a bare three-quark state and a composite meson-baryon state. Besides the coupling of the bare state and $$Xi$$*$$overline{K}$$ channel, the effective meson-baryon interactions are also included. We find a pole with a mass of 2008 MeV by solving the Bethe-Salpeter equation. The calculated decay widths and its ratios of branching fractions $$R$$ $$Xi$$$$pi$$$$overline{K}$$/$$Xi$$$$overline{K}$$ agree well with the new experimental measurement by the Belle Collaboration. Our results suggest that both three-quark core and $$Xi$$*$$overline{K}$$ channel are essential for the description of the $$Omega$$(2012) resonance. We expect that present calculations can help us to better understand the nature of $$Omega$$(2012) resonance.

論文

$$S$$-wave fully charmed tetraquark resonant states

Wang, G.-J.*; Meng, Q.*; 岡 眞

Physical Review D, 106(9), p.096005_1 - 096005_9, 2022/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:83.39(Astronomy & Astrophysics)

クォーク模型を用いて、チャームクォークの4体系であるテトラクォークのS波の共鳴状態の探索を行った。複素スケーリング法を用いた計算でスピンーパリティが$$J^{PC}=0^{++}$$, $$1^{+-}$$, $$2^{++}$$の各チャネルに2個ずつ共鳴が存在することを明らかにした。しかし、これらの共鳴は最近の実験で見つかった$$X(6900)$$と比べると100MeV近く高いところに存在していることが解った。

論文

Open charm and bottom meson-nucleon potentials $`a$ la the nuclear force

山口 康宏; 安井 繁宏*; 保坂 淳

Physical Review D, 106(9), p.094001_1 - 094001_16, 2022/11

We discuss the interaction of an open heavy meson ($$overline{D}$$ and $$overline{D}$$* for charm or $$B$$ and $$B$$* for bottom) and a nucleon ($$N$$) by considering the $$pi$$, $$sigma$$, $$rho$$, and $$omega$$ exchange potentials. We construct a potential model by respecting chiral symmetry for light quarks and spin symmetry for heavy quarks. Model parameters are adjusted by referring the phenomenological nuclear (CD-Bonn) potentials reproducing the low-energy $$NN$$ scatterings. We show that the resulting interaction may accommodate $$overline{D}N$$ and $$BN$$ bound states with quantum numbers $$I(J^{P})$$ = 0(1/2$$^{-}$$), and 1(1/2$$^{-}$$). We find that, in the present potential model, the $$pi$$ exchange potential plays an important role for the isosinglet channel, while the $$sigma$$ exchange potential does for the isotriplet one.

論文

Weinberg operator contribution to the $$CP$$-odd nuclear force in the quark model

山中 長閑*; 岡 眞

Physical Review D, 106(7), p.075021_1 - 075021_15, 2022/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:21.8(Astronomy & Astrophysics)

$$CP$$対称性を破るクォーク間相互作用であるワインバーグ演算子の核子2体系への寄与はこれまでに評価されていなかったため、$$CP$$対称性の破れを計測する様々な実験結果を皆瀬区する際の不定性の原因となっていた。これを解消するために、クォーク模型による核子2体系の波動関数を用いて、ワインバーグ演算子の評価を行った。その結果、これまでに分かっているカイラル回転による$$CP$$奇演算子の寄与と同じオーダーでの寄与があり得ることを示した。

論文

Nuclear pasta structures at high temperatures

Xia, C.-J.*; 丸山 敏毅; 安武 伸俊*; 巽 敏隆*

Physical Review D, 106(6), p.063020_1 - 063020_14, 2022/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:52.13(Astronomy & Astrophysics)

We study nuclear pasta structures at high temperatures within a relativistic mean field model and Thomas-Fermi approximation. Typical structures (droplet, rod, slab, tube, and bubble) are obtained, which form various crystalline configurations. The properties of those nuclear pastas are examined in a three-dimensional geometry with reflection symmetry, where the optimum lattice constants are fixed minimizing the free energy under spherical or cylindrical approximations for Wigner-Seitz cells. For fixed densities and temperatures, the differences of the free energies per baryon for various shapes and lattice structures are typically on the order of tens of keV, suggesting the coexistence of those structures. If we further increase temperature, eventually the non-uniform structures of nuclear pasta become unstable and are converted into uniform nuclear matter. The phase diagrams of nuclear matter are estimated, which is useful for understanding the various phenomena in neutron stars.

論文

Beam dynamics studies for fast beam trip recovery of the Japan Atomic Energy Agency accelerator-driven subcritical system

Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 明午 伸一郎

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 25(8), p.080101_1 - 080101_17, 2022/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.54(Physics, Nuclear)

加速器駆動未臨界システム(ADS)の運転では、加速器の高い信頼性と可用性を確保すること重要となり、原子力研究開発機構(JAEA)では、熱出力800MW級の未臨界炉に核破砕反応によって中性子を供給する30MW級の超伝導陽子線加速器(リニアック)を設計している。ADSリニアックの大きな課題は、未臨界炉の構造物に熱応力による疲労の抑制のために、ビーム停止時間の最小化とその頻度の抑制のための制御となる。本研究では、ホットスタンバイと局所補償を組み合わせて、高速なビームリカバリーを実現した。超伝導空洞や電磁石の故障に対する局所補償について、リニアックにおけるラティスの耐性を総合的に検討した。独立したクライオモジュール内の複数の空洞を同時の補償により、リニアックの信頼性を大幅に向上できることを示した。さらにビームダイナミクスの検討を行い、リニアックの健全性を確保できることを示し、ターゲットへのビーム輸送輸送部およびビーム窓において必要なビーム安定性などを補償できることを示した。

論文

Electromagnetic transition amplitude for Roper resonance from holographic QCD

藤井 大輔; 岩中 章紘*; 保坂 淳*

Physical Review D, 106(1), p.014010_1 - 014010_6, 2022/07

核子の第一励起状態であるローパー共鳴は、最もよく確立されたバリオン共鳴の一つである。しかし、その性質は非相対論的クォーク模型のようなQCDの有効模型では一貫して説明できていない。本論文では、QCDのホログラフィック模型の一つである酒井・杉本模型における別のアプローチを提案する。本論文では、QCDのホログラフィック模型の一つである・酒井杉本模型において、特に、't Hooft結合$$1/lambda$$のleadingにおける電磁遷移のヘリシティ振幅を解析する。このモデルは、長距離のメソンクラウドに囲まれた、近距離の非線形メソン場によってバリオンを取り扱う。CLASで最近観測されたデータがこのアプローチで説明できることを示す。

論文

$$phi$$ meson properties in nuclear matter from QCD sum rules with chirally separated four-quark condensates

Kim, J.*; Gubler, P.; Lee, S. H.*

Physical Review D, 105(11), p.114053_1 - 114053_9, 2022/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Astronomy & Astrophysics)

The modification of the $$phi$$ meson spectrum in nuclear matter is studied in an updated QCD sum rule analysis, taking into account recent improvements in properly treating the chiral invariant and breaking components of four-quark condensates. Allowing both mass and decay width to change at finite density, the QCD sum rule analysis determines certain combinations of changes for these parameters that satisfy the sum rules equally well. A comprehensive error analysis, including uncertainties related to the behavior of various condensates at linear order in density, the employed renormalization scale and perturbative corrections of the Wilson coefficients, is used to compute the allowed ranges of these parameter combinations. We find that the $$phi$$ meson mass shift in nuclear matter is especially sensitive to the strange sigma term $$sigma_{sN}$$, which determines the decrease of the strange quark condensate in nuclear matter.

論文

Large antisymmetric interlayer exchange coupling enabling perpendicular magnetization switching by an in-plane magnetic field

増田 啓人*; 関 剛斎*; 山根 結太*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一; Lau, Y.-C.*; 深見 俊輔*; 高梨 弘毅

Physical Review Applied (Internet), 17(5), p.054036_1 - 054036_9, 2022/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.66(Physics, Applied)

反対称層間交換結合(AIEC)が最近発見され、人工反強磁性体(SAF)の傾角磁化の誘起を通じた磁化スイッチングにおいて極めて重要な役割を果たしている。本研究では、くさび形の層を持つ垂直磁化多層膜Pt/Co/Ir/Co/Ptにおける大きなAIECを報告をする。AIECの有効磁場は、対称的な層間交換結合に関連しており、AIECを強化するための指針を提供する。SAFに対する拡張Stoner-Wohlfarthモデルを開発し、その磁化スイッチングの重要な要素を明らかにする。理論的知識と実験結果を組み合わせることで、面内磁場のみによる垂直磁化スイッチングが達成される。

論文

Strong decays of multistrangeness baryon resonances in the quark model

Arifi, A. J.*; 末永 大輝*; 保坂 淳; Oh, Y. S.*

Physical Review D, 105(9), p.094006_1 - 094006_17, 2022/05

Decay properties of multistrangeness $$Xi$$ and $$Omega$$ baryon resonances are investigated within the constituent quark model by including relativistic corrections. The strong decay widths of various $$Xi$$ and $$Omega$$ resonances are computed and tested for internal quark configurations to pin down their spin-parity ($$J$$$$^{P}$$) quantum numbers and internal structures. We found that the Roper-like resonances in the multistrangeness sector have large decay widths bearing resemblances to their siblings in light and heavy baryon sectors. In addition, we obtained the decay ratio for the $$Omega$$(2012) as $$Gamma$$($$Omega$$ $$rightarrow$$ $$Xi$$$$overline{K}$$$$pi$$)/$$Gamma$$($$Omega$$ $$rightarrow$$ $$Xi$$$$overline{K}$$) = 4.5%, which is consistent with the experimental data when $$J$$$$^{P}$$ = 3/2$$^{-}$$ is assigned. This observation holds the possibility that the $$Omega$$(2012) could naturally be explained as a three-quark state in the quark model. The decays of other low-lying $$Xi$$ and $$Omega$$ resonances are systematically analyzed, which would be useful to unveil the structure of these resonances in future experiments.

論文

Heavy-quark spin polarization induced by the Kondo effect in a magnetic field

末永 大輝*; 荒木 康史; 鈴木 渓; 安井 繁宏*

Physical Review D, 105(7), p.074028_1 - 074028_19, 2022/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:21.8(Astronomy & Astrophysics)

本論文では、クォーク物質中での近藤効果が、磁場下においてヘビークォークのスピン偏極を誘起する新たなメカニズムを提案する。高密度クォーク物質中では、アップ・ダウン等のライトクォークに対してチャーム・ボトム等のヘビークォークが不純物として働き、カラー交換により相互作用を増幅する「QCD近藤効果」が起こることが理論的に示唆されている。この際にヘビークォークとライトクォークによって構成される近藤凝縮により、ヘビークォークとライトクォークのスピンは混成する。そのため、クォーク物質中でライトクォークが磁場と結合すると、近藤凝縮を介してヘビークォークのスピン偏極も誘起される。このメカニズムを示すため、Nambu-Jona-Lasinio型の相互作用を持つモデルを用い、$$U(1)_{rm EM}$$ゲージ対称性を考慮した頂点補正を加味して計算を行う。これにより磁場下で誘起されるヘビークォークのスピン偏極を線形応答理論に基づいて調べ、近藤効果の発現によってヘビークォークのスピン偏極が如実に誘起されることを示す。これらの結果は今後、符号問題を回避した格子シミュレーションにより検証が期待される。

論文

Doubly heavy tetraquarks in a chiral-diquark picture

Kim, Y.*; 岡 眞; 鈴木 渓

Physical Review D, 105(7), p.074021_1 - 074021_17, 2022/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:94.81(Astronomy & Astrophysics)

重いクォークを二個含むテトラクォーク(ダブルヘビーテトラクォーク)は深い束縛状態として存在する可能性があり、理論的・実験的に昔から注目されてきた。さらに、残りの二個の軽い反クォークはダイクォーク構造が発達している可能性があり、軽いクォークに寄与するQCD真空の理解に役立つという意味でも興味深い。本研究では、カイラル対称性を尊重した(軽い)ダイクォーク自由度を含むポテンシャル模型を用いて、ダブルヘビーテトラクォーク$$T_{QQ}$$ ($$QQ bar{q} bar{q}$$、ただし、$$Q = c, b$$, $$q = u, d, s$$)の質量スペクトルを調べた。特に、$$T_{bb}$$, $$T_{cc}$$, $$T_{cb}$$テトラクォークを二個のヘビークォークと一個の反ダイクォークから構成される三体系として記述し、三体ポテンシャル模型を解くことにより質量スペクトルを求めた。この解析により、$$T_{bb}$$は束縛状態として存在するが、$$T_{cc}$$$$T_{cb}$$は(深い)束縛状態として存在しないことを予言した。さらに、カイラル対称性が(部分的に)回復した状況における(ダイクォーク質量変化に伴う)$$T_{QQ}$$テトラクォークの質量変化の予言も行った。

論文

Decays of Roper-like singly heavy baryons in a chiral model

末永 大輝*; 保坂 淳

Physical Review D, 105(7), p.074036_1 - 074036_13, 2022/04

We present a chiral model describing decays of the Roper-like $$Lambda$$$$_{c}$$(2765) and $$Xi$$$$_{c}$$(2970) as well as those of the heavy quark spin-doublet ${ $Sigma$$_{c}$(2455), $Sigma$$_{c}$(2520)}$ and ${ $Xi$$_{c}$', $Xi$$_{c}$(2645)}$, by focusing on chiral representations of diquarks inside the heavy baryons. Based on our chiral model together with the heavy quark spin symmetry, we derive a relation satisfied by axial charges of the heavy baryons that controls the magnitude of their one pion (kaon) decays. Besides, it is shown that the large decay widths of the Roperlike $$Lambda$$$$_{c}$$(2765) and $$Xi$$$$_{c}$$(2970), which cannot be implemented by conventional nonrelativistic quark models, are explained by reasonable values of the axial charges. In addition, we apply the chiral model to bottom baryons and predict decay widths of the undiscovered Roper-like $$Xi$$$$_{b}$$. We expect that our present investigation leads to elucidation of dynamical properties of the excited heavy baryons from the viewpoint of chiral symmetry.

論文

Design and beam dynamic studies of a 30-MW superconducting linac for an accelerator-driven subcritical system

Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 前川 藤夫; 明午 伸一郎; 田村 潤

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 24(12), p.120101_1 - 120101_17, 2021/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:48.27(Physics, Nuclear)

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動未臨界システム(ADS)におけるビーム出力30MWの連続波(CW)陽子線形加速器(LINAC)の研究開発に取り組んでいる。LINACは主に超伝導空洞を使用し、20mAの陽子ビームを1.5GeVに加速する。未臨界原子炉の熱応力を防ぐために、LINACには高い信頼性が要求され、このため堅牢なビーム光学設計が要求される。ビーム光学の条件の確立のために、誤差のない理想的な条件でシミュレーションを行い、次に要素誤差と入力ビーム誤差を適用し計算を行い、許容誤差を推定した。許容誤差の改善のため、ビーム進行方向と直角方向のビーム重心のオフセットを減少する補正スキームを実装した。大規模な多粒子シミュレーションと1$$times$$10$$^{8}$$個の粒子の計算により、目標とした1W/m未満のビーム損失で動作できることを示した。

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