3-3 J-PARCの加速器実験で新種の二重ラムダ核を発見

−17年ぶり２例目、写真乾板中から顕微鏡で探索−

J-PARCの加速器実験で、17年ぶり２例目となる、新種の二重ラムダ核を発見しました。二重ラムダ核とは、ラムダ粒子を２個含む特異な原子核です。通常の原子核は陽子と中性子から成り、これらはクォークの種類でいえばアップクォークとダウンクォークの２種類から構成されています。一方、ラムダ粒子は陽子や中性子と同属の粒子ですが、３番目のクォークであるストレンジクォークを含むのが特徴です。

二重ラムダ核の研究は、現代のハドロン原子核物理において、再重要課題の一つと位置づけられています。二重ラムダ核の質量の測定によって、ラムダ粒子間に働く力の強さを測定することができます。これは、「物質の最小単位であるクォークがどのような相互作用でハドロン、原子核という階層構造を形成するのか」を理解する上で重要な情報です。

私たちは、過去最大の規模となる二重ラムダ核検出実験をJ-PARCの加速器を使って行いました。2000年代までに検出された二重ラムダ核事象はわずか９例程度しかなく、そのうち核種が同定できたものは2001年に発見された１事象（ヘリウム6二重ラムダ核）のみでした。そこで私たちは異種核種の事象を検出するべく、過去の10倍の規模の実験を計画し実行しました。

検出器として用いたのは、図３-６のような写真乾板です。これは二重ラムダ核検出の実績がある唯一の手法で、その生成と崩壊の様子を写真像として記録します。実験ではこの乾板を約1500枚用い、図３-７のようなコンピュータ制御の光学顕微鏡システムを使って事象探索・解析をしました。

私たちは、現在までに11例の二重ラムダ核事象を検出しました。検出された事象は画像処理によって三次元の構造を0.1 μm単位の精度で再構成し、さらに物理学的な解析を行いました。

その中の一例は、図３-８に示すように、ベリリウムの二重ラムダ核と同定し、美濃事象と命名しました。そして、放出された核分裂片が飛んだ距離をもとに、核分裂のエネルギーと二重ラムダ核の質量を測定しました。こうして史上２例目となる二重ラムダ核の質量データが得られました。ラムダ粒子間の力は引力であることが分かっていましたが、今回の測定でもそれが裏付けられました。なお、このデータの理論計算との比較については、現在、議論の最中です。

実験の解析は継続中で、今後も新核種の発見が期待できます。本研究は、6ヶ国の24機関から成る国際共同実験（J-PARC E07 実験）により行われました。

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