稀少な超原子核「グザイ核」の質量を初めて決定-原子核の成り立ちや中性子星の構造を理解する新たな知見-

図1. 写真乾板中で観測された新たなグザイ核事象(伊吹イベント)の顕微鏡画像とそのイメージ図


 

 

国立大学法人東海国立大学機構 岐阜大学

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

国立大学法人東北大学

J-PARCセンター

大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

 

概要

岐阜大学教育学部・工学研究科 仲澤和馬シニア教授のグループをはじめとする日・韓・米・中・独・ミャンマーの6カ国26大学・研究機関の総勢97名の研究者・大学院生からなる国際研究チームは、茨城県東海村にある大強度陽子加速器施設(J-PARC)を利用した国際共同実験(J-PARC E07実験)で、グザイマイナスと呼ばれるストレンジクォーク1)を2つ持つ粒子を含む超原子核である「グザイ核」を新たに観測しました。この事象は岐阜県にある伊吹山にちなんで「伊吹事象(IBUKI event)」と命名され、詳細解析によってグザイマイナス粒子が窒素14原子核に束縛した状態とわかりました。
これまでグザイ核の質量は、グザイ核が崩壊してできる娘核の状態に複数の解釈があったために決定できていませんでした。今回発見された事象では、解釈の曖昧さなく、その質量を初めて高精度で決定しました。グザイ核の質量から、グザイマイナス粒子と原子核、さらにはその構成要素である陽子や中性子との間に働く力の大きさを知ることができます。また、グザイマイナス粒子などのストレンジクォークを持つ粒子(ハイペロン)は、この宇宙で最も密度の高い天体である中性子星内に出現すると考えられており、その力の大きさは中性子星内でどのハイペロンがどのような密度で出現してくるか、ひいては半径や内部の圧力といった構造の理解につながります。したがって、グザイマイナス粒子に働く力を精密に決定した本研究は、物質を構成する素粒子「クォーク」から物質が形成される仕組みの理解に繋がる成果になるとともに、巨大な原子核と言われる中性子星の内部構造の解明に一歩迫る成果です。

 

 

本研究成果は、日本時間2021年2月12日(金)にPhysical Review Letters (PRL) 誌のオンライン版で発表されました。論文は、Editors’ Suggestion(注目論文)に選ばれ、解説記事として Physics Synopsis (梗概)(https://physics.aps.org/articles/v14/s15)でも紹介され、顕微鏡画像写真は、同日発行の PRL誌126巻6号の表紙を飾りました。

 

本研究成果のポイント

◆J-PARCで実施した過去最大規模のグザイ核探索実験によりグザイ核の観測に成功した。
◆グザイ核の存在は、我々の先の実験で初めて確認したものの、その質量を単一に決めるには至らなかったが、今回観測したグザイ核ではその質量を一意にかつ世界最高精度で決定することができた。
◆グザイ核の質量から、グザイマイナス粒子と原子核や陽子・中性子との間に働く力の大きさがわかり、これは原子核がクォークからどのように成り立つのかを紐解くとともに、この宇宙で最高密度の中性子星の内部構造の理解を促す地上の実験で得た重要な知見である。

 


詳しくは  プレスリリース  をご参照ください。