J-PARC 粒子加速器で働く物理学者日本は、負に荷電したカオンと陽子を組み合わせることにより、初めてバリオン共鳴Λ(1405)を合成しました。この研究により、この不安定な粒子の性質とその質量が明らかになりました。 Λ(1405) のさらなる分析は、超高密度中性子星の内部構造を説明するのに役立つだろう、と科学者たちは言う。
物質の進化とバリオン共鳴Λ(1405)の模式図。画像：能見浩之
素粒子物理学の標準モデルすべての物質は基本的な量子場で構成されており、その量子は 6 つのレプトン、6 つのクォーク、およびそれらに対応する反粒子であると考えられています。原則として、クォークは個別に存在するのではなく、2 つまたは 3 つのグループで結合されて、陽子や中性子などのハドロンを形成します。このモデルの共鳴は、ハドロンの短命の励起状態です。
物理学者が研究してきたバリオン共鳴 Λ(1405).しかし、何年にもわたる研究にもかかわらず、この共鳴の異常な特性を説明するのは困難です。たとえば、より重いストレンジ クォークが含まれているにもかかわらず、負のパリティ バリオンの中で最も軽い質量を持っている理由は明らかではありません。
これらの質問に答えるために、物理学者は次のことを行った。粒子加速器の研究。実験中、負に帯電したカオンまたはK中間子（1つのストレンジクォークと1つのアップ反クォークからなるハドロン）が、それぞれ陽子と中性子を1つずつ持つ重水素ターゲットに向けて発射された。反応が成功すると、K 中間子は中性子をノックアウトし、陽子と結合して Λ(1405) 共鳴を引き起こしました。
Λ(1405)を得るためのスキーム。画像：能見浩之
崩壊生成物を分析することにより、物理学者は測定しました複素質量 Λ(1405)。研究者たちは、中性子がエネルギーの一部を運び去ったという理由だけで、K-中間子と陽子の束縛状態の形成が可能であったことに注目しています。
研究の結果、Λ(1405) が確認されました。は、4 つのクォークと 1 つの反クォークの 5 つの構成要素から形成される異常な状態です。これは、ストレンジ クォークとアップ クォークからなる K 中間子と、2 つのアップ クォークと 1 つのダウン クォークを含む陽子の一時的な束縛状態と考えるのが最も適切です。
物理学者は、バリオンをよりよく理解することは共鳴は、中性子星のコアに存在する超高密度物質の特性と、ビッグバン直後の宇宙の形成プロセスをより正確に説明するのに役立ちます。
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表紙：J-PARC陽子加速器。画像: パトリック デップ、CC BY-SA 2.0、ウィキメディア コモンズ経由