Study of origin of flavor asymmetry of anti-quarks in the proton by Drell-Yan experiment

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本研究課題の目的は、陽子や中性子（総称して核子と呼ぶ）の中の反クォークのフレーバー非対称性の測定である。核子の中では、グルーオンがクォークと反クォークに乖離し、またグルーオンに戻る、ということが随時起こっていると考えられる。このようにして生成されるクォーク・反クォーク対は、海クォークと呼ばれている。量子色力学によれば、グルーオンからクォーク・反クォーク対への乖離は、クォークの色電荷によって決まり、フレーバーに依らない。したがって、uクォークと反uクォークの対は、dクォークと反dクォークの対と同じ数だけ生成されると期待される。陽子の質量と比べると、uクォークとdクォークの質量はいずれもたいへん小さいので、終状態の位相空間を考慮にいれても同じ数だけ生成されると期待される。しかし、1991年にNMCグループの深非弾性散乱の実験により、フレーバー非対称性があることが報告された。陽子の中では反dクォークの方が反uクォークよりも多い。本研究では、このフレーバー非対称性をドレル・ヤン反応を用いて調べている。ドレル・ヤン反応では常に反クォークが反応に関わっているので、反クォークの研究に適している。アメリカ・フェルミ国立研の120 GeV 陽子ビームを用いた。本研究を行っている国際共同研究グループSeaQuestは、2021年にNature誌に論文を発表したが(The asymmetry of antimatter in the proton, Nature 590, 561-565 (2021))、2022年には実験の装置や理論的検討の詳細を記述した論文をまとめた（投稿済み、査読中）。これらは陽子標的と重陽子標的のドレル・ヤン反応の微分断面積の比から導出したものであったが、2022年には更にドレル・ヤン反応の微分断面積の絶対値の測定の解析も進めた。ドレル・ヤン反応の角度分布の検討も行った。