欧州原子核研究機構（CERN）の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の物理学者たちは本日、クォークがどのように結合するかを解明するのに役立つ可能性のある3つの珍しい粒子を発見したと発表した。
1つの粒子はペンタクォーク（5つのクォークからなるハドロン）で、他の2つはテトラクォークです。これらは、CERNのLHCbコラボレーションによって発見されました。同コラボレーションは、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の一部に設置された5,600トンの検出器を用いて、物質と反物質の違いを研究しています。
昨年、この共同研究チームは、これまでに発見された中で最も長寿命のエキゾチック粒子である、ダブルチャームテトラクォークを初めて発見しました。今回発見された粒子は、共同研究チームが保有するエキゾチック粒子のリストに新たに加わることになります。
「分析を重ねるほど、より多くの種類のエキゾチックハドロンが発見されます」と、LHCb物理コーディネーターのニールス・チューニング氏はCERNの発表で述べた。「私たちは今、1950年代に似た発見の時代を目の当たりにしています。当時はハドロンの『粒子動物園』が発見され始め、最終的に1960年代には従来型ハドロンのクォークモデルへとつながりました。私たちは今、『粒子動物園2.0』を作り上げているのです。」
ハドロンは、クォークと反クォークからなる、強く相互作用する素粒子です。皆さんがよくご存知の陽子と中性子はどちらもハドロンであり、それぞれ3つのクォークで構成されています。
クォークには 6 つの種類 (アップ、ダウン、チャーム、ストレンジ、トップ、ボトム) があり、さまざまな方法で結合して固有の粒子を構成できます。
例えば、最近発見されたペンタクォークは、ストレンジクォーク、アップクォーク、ダウンクォーク、チャームクォーク、そしてチャーム反クォークで構成されています。これは、ストレンジクォークを含む初めてのペンタクォークです。2つの新しいテトラクォークはペアになっており、1つは2価の電荷を持ち、もう1つはその中性クォークです。
「新しい種類のテトラクォークとペンタクォークを発見し、その特性を測定することは、理論家がエキゾチックハドロンの統一モデルを開発するのに役立つでしょう。エキゾチックハドロンの正確な性質はほとんど解明されていません」と、LHCbの広報担当者クリス・パークス氏はCERNの発表で述べた。「また、従来のハドロンをより深く理解することにも役立つでしょう。」
10年前の昨日、ヒッグス粒子の存在が確認されました。LHCの物理学者たちは今もなお新たな粒子を発見し続けています。これまでにLHCでは66個のハドロンが発見されており、そのうち59個はLHCbで発見されました。LHCの3回目の運転が本日開始され、物理学者たちは、非常に高エネルギーの衝突によって、宇宙の隠された基盤を解き明かすためのより良いデータが得られると期待しています。
衝突によって生成される新粒子以外にも、得られる有用なデータは山ほどあります。「新粒子の探索は、LHCで私たちが行っていることの半分にも満たないんです」と、ハンブルク大学の素粒子物理学者で、CMSおよびFCC-ee共同研究にも貢献するフレイヤ・ブレクマン氏は、先週のビデオ通話でギズモードに語りました。「物質がどのようにくっつくのか、そしてよく知られている核力がどのように作用するのかについても、より詳細なレベルで多くの研究を行っています。」
高輝度大型ハドロン衝突型加速器の完成が間近に迫っており、素粒子物理学の未来はこれまで以上に明るい。
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