物理学者が 2003 年に発見したと一時的に考えていた 5 つのクォークで構成されるエキゾチックな亜原子粒子が、ついに袋の中にあるように見えます。スイスのジュネーブにある CERN 研究所で働いている物理学者たちは、高エネルギーの陽子衝突の残骸の中にいわゆるペンタクォークが存在するという決定的な証拠を発見したと主張しています。
大ハドロン衝突型加速器 (LHC) の 4 つの主要な検出器の 1 つである LHCb のスポークスマンである Guy Wilkinson は、この発見は、クォークとして知られる基本粒子から物質がどのように形成されるかを説明する理論の「大きな穴を埋めた」と述べています。 、これは発見の背後にありました。 1964 年に物理学者のマレー ゲルマンによって提唱されたこの理論は、原子核を構成する陽子と中性子自体がどのように 3 つのクォークで構成されているか、また中間子として知られる他の粒子がどのようにクォークのペアとそれに対応する反物質である反クォークから作られているかを説明しています。 .しかし、ゲルマンのスキームは、4 つのクォークと 1 つの反クォークから構成されるペンタクォークの存在も示していました。過去 50 年間にそのような粒子の証拠がなかったために、ウィルキンソン氏は、「理論が不評になることはありませんでしたが、ますます厄介になりつつありました」と述べています。
とらえどころのない獲物を捕まえるために、ウィルキンソンと同僚は、LHCb 内で衝突する陽子によって生成される「ラムダ b」粒子の崩壊を研究しました。彼らは、「チャーム」クォークと反クォークで構成される J/Psi として知られる陽子と中間子の 2 つの崩壊生成物の結合エネルギーを測定し、数千回にわたって各エネルギー値を記録した回数を集計しました。彼らが研究した衝突。彼らは、特定のエネルギー (陽子の質量の 5 倍弱) を持つペアリングの数が、偶然に予想されるよりもはるかに多いことを発見しました。 (アインシュタインの方程式 E =mc によれば、エネルギーと質量は等価です。) 研究者は、それが 2 つのアップ クォーク、1 つのダウン クォーク、1 つのチャーム クォーク、および 1 つのアンチチャーム クォークを含むつかの間の「チャーモニウム」ペンタクォークの質量であると結論付けました。 /P>
LHCb は 2011 年と 2012 年にデータを収集しましたが、ウィルキンソンのチームは、以前にペンタクォークの目撃を主張した人々の運命を避けるために、発見の発表を差し控えました。 12 年前、世界中の約 12 の研究グループが、シータ プラスとして知られるより軽いペンタクォークの証拠があると発表しましたが、より詳細な研究では、すべての主張が幻想であることが示されました。
彼らの結果が確実であることを保証するために、LHCb 共同研究は、CERN 衝突で生成された粒子のエネルギーだけでなく、それらの方向も示すデータを利用しました。これらのデータをコンピューター モデルで実行したところ、実験結果とモデル出力が一致するのは、ラムダ b 崩壊プロセスに 2 つのチャーモニウム ペンタクォーク (1 つは 4.45 ギガ電子ボルト (GeV) の質量を持ち、もう 1 つは質量が異なる) が含まれている場合のみであることがわかりました。 4.38GeVの質量。 (比較のために、陽子の重さは 0.94 GeV です。) 研究は arXiv サーバーにアップロードされ、ジャーナル Physical Review Letters に提出されました。
共同研究以外の物理学者も、結果が説得力があるように見えることに同意しています。 「彼らは『重いクォーク』ペンタクォーク状態の強力な証拠を見つけたようだ」とオハイオ大学のケン・ヒックスは言う。ペンシルバニア州ピッツバーグにあるカーネギー メロン大学のカーティス メイヤーも同意見です。 「この論文を読んで、潜在的な問題として簡単に指摘できるものは何も見当たりませんでした」と彼は言いますが、「このような結果では、確認が非常に重要です」と付け加えています。
LHC は、より高いエネルギーで動作するようにマシンをアップグレードするために、2 年間のシャットダウンの後、4 月に再び起動しました。現在、LHCb に流れ込む新しいデータにより、科学者はペンタクォークの構造を研究できるようになるはずだとウィルキンソンは言う。現時点では、5 つのクォークすべてが新しい粒子の内部でしっかりと結合しているのか、それとも陽子と中性子の内部で行うように 3 つのクォークがグループ化し、他の 2 つが別の中間子を形成するのかは明らかではないと彼は説明します。 2 つの原子が結合して分子を形成します。
ウィルキンソンは、ペンタクォークは崩壊する星の内部で形成される可能性があるため、それらの発見は、星がどのように構成され、どのように進化するかについてより多くのことを教えてくれるかもしれないと述べています。新しいデータは、質量の異なる他のペンタクォークの発見にもつながる可能性があります。 「自然が5つのクォークを結合できることがわかった今、このセットのクォークだけがこのように共存できるとしたら、非常に奇妙です」と彼は言います. 「他にもたくさんいるはずです。探しに行くだけです。」
