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星の進化の過程に深く関わる素粒子 "グザイ"の性質を世界で初めて明らかに。

高エネルギー加速器と写真乾板で 中性子星の構造の謎に迫ります。

 私は恒星の最终形态,中性子星の构造解明につながる素粒子を研究しています。中性子星とは,寿命を迎えた恒星が超新星爆発を起こした后に残る星のことで,中性子が詰まっていて非常に密度が高く,角砂糖1个分で数亿トンにもなります。ただ,あまりにも密度が高いため,中性子よりも质量が大きい3つの素粒子「ラムダ」,「シグマ」,「グザイ」も一部存在するのではと推定されてきました。
 原子核を构成する阳子と中性子は,さらに小さな「クォーク」と呼ばれる素粒子からできており,アップとダウンという2种类のクォークのみで成り立っています。一方,ラムダ,シグマ,グザイは,「ストレンジ」という别のクォークも持っています。これらは「ハイペロン」と総称され,非常に短寿命で,地球上には存在しません。ちなみに,阳子と中性子に加えてハイペロンを含んだ原子核は,「超原子核」と呼ばれます。
 ハイペロンは,阳子や中性子と同じく星の进化の过程に深く関わっています。阳子?中性子とハイペロン,そしてハイペロン同士の相互作用が解明されれば,宇宙の进化を知るための贵重な材料となるわけです。

写真乾板の全面を自动で走査する光学顕微镜。

 そこで,私たちは平成7年から高エネルギー加速器による実験を始めました。この実験では,ダイヤモンドなどを使ってストレンジクォークを2つ持つ「グザイ」を人工的に生成。そして,グザイが原子核に吸収された时の反応を特殊な写真乾板に収め,その画像からグザイと原子核が描く飞跡の确认作业を行いました。すると,グザイから2つの「ラムダ」ができ,通常の原子核に2つのラムダが结合した超原子核「ラムファ」ができた反応の跡を见つけたのです。これにより,ラムダ同士は结びつく性质があるとわかり,中性子で构成された中性子星には,高い确率でラムダが存在すると立証されました。
 その后,ラムダとは反対に,シグマは原子核と反発し合う性质であることが分かり,こちらは中性子星には存在しないだろうと考えられます。



线香花火を思わせる美しい飞跡を见たいという欲求が、物理への探求心に火をつけます。

 最后に残されたのがグザイです。グザイの実験では,ラムダの时と同じく写真乾板に飞跡を収め,今度は画像の解析枚数を格段に増やし,根気よく解析を行いました。すると,约800万枚分の画像の中から,グザイ自体が原子核に结びついた超原子核を発见しました。この飞跡から引力を测定したところ,阳子,原子核とグザイが强く引き合うことが判明。グザイも高い确率で中性子星に存在することが里付けられ,中性子星の内部构造の解明につながる大きな発见となりました。
 私たちはラムダの反応を「长良イベント」,グザイの反応を「木曽イベント」と名付けましたが,こうした超原子核反応による飞跡は,原子核による美しい线香花火を见るようで,物理への探求心を掻き立てられます。この研究では,実験の一番のカギとなる写真乾板の分析に直接関わることができ,学生たちにとっても非常に刺激的な研究环境だと思います。

1.グザイが原子核内に强く束缚されることを世界で初めて示した「木曽イベント」。A地点でグザイが束缚され,ラムダを含む
原子核が2つでき,それがB点とC点で崩壊している。
2.ラムダの超原子核反応を捉えた「长良イベント」。A地点でヘリウム原子の原子核にラムダを2つ加えた超原子核(顿贬.)が
できた后,一个のラムダがB点で壊れ,もう一个がC地点で壊れている。