理系にゅーす

理系に関する情報を発信! 理系とあるものの文系理系関係なく気になったものを紹介します!

スポンサーリンク

クォーク

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック
1: 2016/01/08(金) 22:18:02.22 ID:CAP_USER.net
陽子内部のグルーオンの向きを精密測定 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160108_4/

ダウンロード


要旨

理化学研究所(理研)仁科加速器研究センター理研BNL研究センター実験研究グループの秋葉康之グループリーダー、後藤雄二理研BNL研究センター研究員、尹寅碩(ユン・インソク)国際プログラム・アソシエイトらが参画する国際共同研究グループは、米国ブルックヘブン国立研究所(BNL)の偏極陽子衝突型加速器「RHIC(リック)」[1]を使って、これまでで最高の衝突エネルギー510 GeV(ギガエレクトロンボルト、ギガ=10億)で陽子内部のグルーオンの向きを精密測定することに成功しました。

陽子には内部構造があり、クォークとグルーオンと呼ばれる素粒子により構成されています。グルーオンはクォークを結びつける「のり」の役割をする素粒子です。
全ての粒子は地球の自転に似た「スピン」と呼ばれる「向き」を表す固有の性質を持っており、陽子の向きは“陽子内部のクォークの向きの合計で決まっている”と考えられていました。
しかし1980年代に、光を用いて陽子内部のクォークを調べたところ、その向きだけでは陽子の向きを説明できないことが分かり、「陽子の向き(スピン)の謎」として原子核物理学の大きな問題となりました。

この謎を解明するためには、陽子の内部にあり光とは直接反応しないグルーオンを調べることが必要でした。
これを実現したのが向きを揃えた陽子(偏極陽子)同士を高エネルギーで衝突させることができるRHICです。RHICでの偏極陽子加速は理研とBNLの国際協力により実現しました。
陽子同士を衝突させると陽子内部のグルーオンの衝突が起こり、中性π(パイ)中間子[2]が生成されるため、これを用いて内部のグルーオンを調べることができます。

理研の実験研究グループが参画するRHIC加速器のPHENIX実験[3]では、中性π(パイ)中間子の陽子の向きによる非対称度(アシンメトリ)[4]を測定しており、2003年~2009年には、陽子を200 GeVのエネルギーで衝突させる実験を行いました。
この結果から摂動QCD(Quantum Chromodynamics、量子色力学)[5]という理論により内部のグルーオンの向きを計算することができますが、このエネルギーでの衝突実験の測定だけでは、陽子内部の全てのエネルギーのグルーオンを測定したことにはなりません。
そのため、2012年~2013年にかけてRHICの最高衝突エネルギーである510 GeV、55%以上の陽子偏極度(陽子の向きが揃っている割合)による衝突実験を行いました。

衝突エネルギーを高くすると、逆に陽子内部のエネルギーの低いグルーオンに対する感度が高くなるため、今回の実験ではこれまでで最もエネルギーの低いグルーオンを測定したことになります。
510 GeVの実験データは、200 GeVでの測定よりも大きい正の非対称度を示しました。
これは、摂動QCD計算からも予測されたことで、低いグルーオンのエネルギー領域でも摂動QCDが有効な理論であり、グルーオンの向きの精密測定に利用できることを示しました。
これは、陽子の向きの謎の全容解明に向けた大きな一歩です。

本研究は、米国の科学雑誌『Physical Review D Rapid Communications』オンライン版(1月7日付け)に掲載されました。

続きはソースで

引用元: 【素粒子物理学】陽子内部のグルーオンの向きを精密測定 陽子の向きの謎を解明するための大きな一歩

陽子内部のグルーオンの向きを精密測定 陽子の向きの謎を解明するための大きな一歩の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック
1: 2015/07/29(水) 18:21:40.15 ID:???.net
新理論が示す、ダークマターは湯川粒子に瓜二つ | Kavli IPMU-カブリ数物連携宇宙研究機構
http://www.ipmu.jp/ja/node/2217

画像
http://web.ipmu.jp/press/20150721-SIMP/M/201507Mrym-02.jpg
【図1】図1左のパイ中間子 (湯川粒子) に含まれる「u」 はアップクォークを示し、「」 は反ダウンクォーク、「g」はグルーオンという素粒子を示す。アップクォーク と反ダウンクォークはグルーオンをやりとりすることで、強い力で結びついている。一方、図1右の SIMP 粒子に含まれる 「Q」 はクォーク、「 」は反クォーク、「G」 はグルーオンに相当する粒子を示す。 (Credit: Kavli IPMU)

http://web.ipmu.jp/press/20150721-SIMP/M/201507Mrym-03.jpg
【図2】図2上の今までのダークマターの理論では、ダークマター同士は互いをすり抜け反応しないと考えられていた。図2下の SIMP 粒子は、パイ中間子が相互作用するのと同種の強い相互作用をする。
(Credit: Kavli IPMU)

http://web.ipmu.jp/press/20150721-SIMP/L/201507Mrym-04.jpg
【図3】 ダークマターを SIMP としない場合はダークマターが銀河の中心部の狭い範囲に極端に集中し、外側では少ない (図3左) 。一方、ダークマターを SIMP とした場合には銀河の中心部から外側に
かけてダークマターがなだらかに分布する (図3右) 。この場合のダークマターの分布は観測事実と良く合う。 (Original credit: NASA, STScI; Credit: Kavli IPMU - Kavli IPMU modified this figure
based on the image credited by NASA, STScI)

(前略) 

4. 発表内容 

様々な観測結果から私たちの宇宙にはダークマターと呼ばれる謎の物質が80%以上を占めていること、そしてダークマターがなくては、星、銀河、我々も誕生しなかったことがわかっています。しかし、ダークマターそれ自身がどのような性質を持つどういった物質なのか、ということは未だ分かっていません。現在、実験と理論の両面から活発に研究が行われています。 

理論研究ではダークマターについて多種多様な予想がされています。例えば、標準理論を越える新しい物理理論として注目される超対称性理論。そこに登場する超対称性粒子がダークマター候補ではないかという理論や、超弦理論から説明される4次元を越える余剰次元を運動する粒子が、ダークマターなのではないかという理論などがあります。これまでのところ多くの理論において、ダークマターは通常の物質とは大きく異なる性質を持つ粒子だと考えられています。 

Kavli IPMU 機構長の村山斉特任教授とカリフォルニア大学バークレー校のヨニット・ホッホバーグ研究員らの研究グループは、ダークマターに対する従来の考え方とは大きく異なる新しい理論を発表しました。研究グループが今回ダークマターの候補として提唱した粒子 SIMP (Strongly Interactive Massive Particle) は、パイ中間子と大変似た性質を示します。パイ中間子は、1949年ノーベル物理学賞受賞者の湯川秀樹博士が1935年に提唱した粒子で、陽子や中性子など原子核を形作る核子間で力を媒介し原子核を安定的に保つとされました。そして、パイ中間子の性質は2008年ノーベル物理学賞受賞者の南部陽一郎博士が1960年に提唱した「自発的対称性の破れ」という考え方で正確に記述されます。今回の新理論は南部理論に基づく湯川粒子の性質が、ダークマターとしてふさわしいことを指摘したものです。 

本研究成果について村山斉特任教授をはじめ研究グループは下記のようなコメントを寄せています。 

村山斉 Kavli IPMU 機構長「ダークマターの候補である SIMP は、見たことのある粒子とよく似ていることに気づきました。強い力に現れる湯川粒子と同じような質量、同じような反応、そして同じような理論で記述できるのです。こうした研究から、『我々はどこから来たのか』という深い謎に迫れるのは、大変エキサイティングです。」 

エリック・クフリック コーネル大学研究員「この理論では、銀河の構造について、今まで問題だった観測とコンピュータシミュレーションの間のずれを説明することができます。」 

ヨニット・ホッホバーグ カリフォルニア大学バークレー校研究員「ダークマターについて、今までの考え方とこの新しい理論との間にはいくつかの重要な違いがあり、今後の実験的検証に大きな影響を与えるでしょう。」 

詳細・続きはソースで

ダウンロード (1)


引用元: 【素粒子物理学/現代宇宙論】新理論が示す、ダークマターは湯川粒子(パイ中間子)に瓜二つ Kavli IPMU

新理論が示す、ダークマターは湯川粒子(パイ中間子)に瓜二つ Kavli IPMUの続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック
1: 2015/07/28(火) 12:26:44.56 ID:???.net
標準理論裏付ける新証拠、「超対称性」に新たな痛手 LHC 写真1枚 国際ニュース:AFPBB News
http://www.afpbb.com/articles/-/3055710


【7月28日 AFP】世界最大の粒子加速器「大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider、LHC)」の専門家チームは27日、現在の素粒子物理学で主流となっている「標準理論」に合致する素粒子の振る舞いを示す新証拠が得られたと発表した。宇宙の基本構造に関する未来の理論とされる「超対称性」にとって、新たな痛手となる証拠だという。

 英科学誌「ネーチャー・フィジックス(Nature Physics)」に掲載された論文によると、LHCを用いた超高速の陽子衝突実験で得られた最新データは、「ボトムクォーク」と呼ばれるエキゾチック粒子が、標準理論で予測された通りの挙動をすることを示しているという。

 ボトムクォークが、いわゆる「アップクォーク」に変化するまれな現象を測定するこれまでの試みでは、同理論と矛盾する結果が得られていた。これにより科学者らは、標準理論の枠を超える説明の一つとして、超対称性の仮説を提唱した。

 だが、LHCのボトムクォーク(b粒子)実験チーム「LHCb」を率いるギュイ・ウィルキンソン(Guy Wilkinson)氏は、AFPの取材に、最新の測定結果は「標準理論と完全な一致をなしており、この(代替理論の)仮説の必要性を排除するものだ」と話した。

「標準理論に何らかの誤りが存在することを証明できたなら、それは非常に心躍る結果となっただろう──そして、世間をあっと言わせることになったとだろうということも否定できない」と同氏は述べている。

 標準理論は、物質を構成する基本粒子とそれらを支配する力のすべてに関する主流の理論だ。

 だが、このモデルには弱点がいくつかある。一つは、宇宙の95%を構成するダークマターとダークエネルギーを説明できないこと。もう一つは、物理学者アルバート・アインシュタイン(Albert Einstein)の「一般相対性理論(General Theory of Relativity)」との整合性がないこと。これは、知られている通り、素粒子の量子スケールでは、重力が作用しないようにみえるためだ。

■多頭の怪物

 これらの矛盾を説明するために提唱された代替理論の一つである超対称性は、宇宙のすべての粒子に、それより質量が大きい「きょうだい」が存在すると仮定している。これにより、ダークマターとダークエネルギーを説明できる可能性もある。

 だがLHCでは、超対称性のきょうだいが存在する証拠はこれまで何も見つかっていない。その一方で、標準理論で存在が予測された素粒子はすべて観測されている。

images

(c)AFP/Mariette LE ROUX

引用元: 【素粒子物理学】標準理論裏付ける新証拠、「超対称性」に新たな痛手 LHC

標準理論裏付ける新証拠、「超対称性」に新たな痛手 LHCの続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック
1: 2015/07/15(水) 07:55:11.67 ID:???.net
【やじうまPC Watch】CERN、5つのクォークで構成される「ペンタクォーク」粒子を発見 - PC Watch
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/yajiuma/20150715_711744.html

画像
http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/711/744/01.png
今回発見されたペンタクォークの予測される構造の1つ。5つのクォークが強く結びついてる
http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/711/744/02.png
あるいは、バリオンと中間子が弱く結びついている可能性もある


 近頃、質量の起源とされ「神の粒子」とも呼ばれるヒッグス粒子の発見で一般にも広く脚光を浴びた欧州原子核研究機構(CERN)はスイス時間の14日、5つのクォークで構成される「ペンタクォーク」を発見したと発表した。

 古代、原子は物質の最小構成要素である素粒子と考えられていたが、実際には電子と原子核という内部構造を持ち、さらに原子核は陽子と中性子という内部構造を持つ。これら陽子と中性子も素粒子ではなく、3つのクォークで構成(バリオンと呼ばれる)されており、現在は、このクォークが素粒子だと考えられている。

 クォークで構成される粒子としては、2つのクォークからなる中間子という粒子の存在が確認されているが、4つや5つのクォークで構成される粒子はまだ見つかっていない。今回CERNは、大型ハドロン衝突型加速器「LHCb」を用いた大規模な実験結果から、5つのクォークで構成されるペンタクォーク粒子の存在を確認したと結論づけた。

続きはソースで

ダウンロード

引用元: 【素粒子物理学】CERN、5つのクォークで構成される「ペンタクォーク」粒子を発見

CERN、5つのクォークで構成される「ペンタクォーク」粒子を発見の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック
1: 2015/05/14(木) 12:18:02.12 ID:???.net
「標準理論」裏付ける新証拠、30年来の実験で確認 CERN (AFP=時事) - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20150514-00000011-jij_afp-sctch

画像
http://amd.c.yimg.jp/im_siggALVTvJdq4KhShShQJY37Eg---x600-y400-q90/amd/20150514-00000011-jij_afp-000-4-view.jpg
スイス・ジュネーブ近郊メイランにある欧州合同原子核研究機構の「大型ハドロン衝突型加速器」を点検する科学者(2013年7月19日撮影)。【翻訳編集】 AFPBB News


【AFP=時事】欧州合同原子核研究機構(European Organisation for Nuclear Research、CERN)の科学者チームは13日、30年近くに及ぶ努力の末、宇宙に関する主要理論をさらに裏付ける証拠となる「素粒子の変化」を検出したと発表した。

 研究チームによると、世界最大の粒子加速器「大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider、LHC)」での実験で、中性B中間子が崩壊して一組のミュー粒子(ミューオン)に変化する、極めてまれな現象の観測に成功したという。ミュー粒子は電子の仲間の素粒子で、電子より質量が大きい。

 英科学誌ネイチャー(Nature)に発表された論文によると、この実験結果は、いわゆる「標準理論」にさらなる裏付けを与えるものだという。標準理論は、宇宙を構成する素粒子や力に関する概念的枠組みとなる理論。

 中性B中間子は、クォークと呼ばれる2種類の素粒子が「強い」力で結合して構成される不安定な複合粒子だ。中性B中間子が崩壊してミュー粒子になることは、標準理論で予測されている。
だが、この予測の裏付けとなる証拠を得ることは、1980年代中頃以来の難題となっていた。

 問題の一つは、中性B中間子自体が粒子加速器内や宇宙線相互作用などの極限状態でしか生成されないため、研究の実施は困難か、莫大な費用がかかることだ。さらに、ミュー粒子への変化は、「崩壊」10億回に約4回の割合でしか発生しない。

 フランスとスイスの国境をまたぐ地下トンネル内にある、CERNが運用する巨大実験装置のLHCで、ライバル同士の2チームがそれぞれ独立した形で、この極めてまれな現象の検出に取り組んでいた。2チームは2013年7月、個別の実験結果をそれぞれ単独で発表したが、実験データ群の精度が、発見を主張するために要求される精度のしきい値にわずかに及ばなかった。

 世界的に権威のある査読科学誌に掲載された、2チームの実験データを複合的に分析した今回の結果は「この要求を軽々と上回るものだ」と、CERNは声明で述べている。

続きはソースで

ダウンロード

【翻訳編集】 AFPBB News

引用元: 【素粒子物理学】「標準理論」裏付ける新証拠、30年来の実験で確認 中性B中間子が崩壊して一組のミュー粒子に変化する現象を観測 CERN

「標準理論」裏付ける新証拠、30年来の実験で確認 中性B中間子が崩壊して一組のミュー粒子に変化する現象を観測 CERNの続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック
2: 2015/02/21(土) 08:04:06.87 ID:6IFIeKsN.net
<翻訳>
(訳:素人訳なので識者の方の訂正を求めますm(_ _)m)

下記にソース(英文)あり

CERNのCOMPASSの科学者の連係によるパイオンの分極率のこれまで生み出した中で最も正確な測定
―強力な相互作用の基本的な低エネルギーパラメータ

画像
電子(緑)は核内で陽子を打ち、パイオン(緑色の皮相の粒子)を作成し、陽子を中性子に変換する。
画像のクレジット: Joanna Griffin / Jefferson Lab.
http://cdn4.sci-news.com/images/2015/02/image_2499-Pion.jpg

 私たちが宇宙の中で見るすべてはクォークとレプトンと呼ばれる素粒子で構成されています。

 クォークは、元素の原子核の構成要素(陽子と中性子)を構成するために3つのグループで一緒に結合されている。

 原子核内の陽子と中性子の間で飛び交うパイオンは、強力な力を媒介し原子核同士を結合させる。

 この測定はパイオンの変形能、または分極率、クォーク間の強い結合力を直接測定する。

 新しい測定結果は、journal Physical Review Lettersに掲載される、それは理論と密接に一致している。

 パイオンの分極率を測定するために、COMPASS(スイス、ジュネーブCERNのSuper Proton Syncrotronによる高エネルギー物理実験)の科学者は対象のニッケルにビームを撃った。

 パイオンは平均的にニッケルに対して粒子自体の半径の2倍の距離接近した。彼らはニッケル核子の非常に強い電界を経験した。この電界は、それらを変形させ光子を放出する過程で軌道を変化させる。

 63,000もの大規模な事象サンプルのために光子エネルギーとパイオンの偏差を測定することにより、COMPASSチームはパイオンの電子分極率を απ = (2.0±0.6stat±0.7syst)*10-4 fm3 と決定した。

 「この実験結果は見事にLHCで行われる基本的な相互作用の研究とCERNの研究プログラムが多様性と強度の証であることを相補する」と、CERN局長ロルフ・ホイヤーは語った。


0 (1)


1: 2015/02/21(土) 08:03:40.04 ID:???.net
掲載日:2015年2月16日
http://www.sci-news.com/physics/science-cern-polarizability-pion-02499.html

Scientists from CERN’s COMPASS collaboration have made the most precise measurement ever of the
polarizability of pion – the fundamental low-energy parameter of strong interaction.

An electron (green) hits a proton in a nucleus, creating a pion (green-skinned particle) and
transforming the proton into a neutron. Image credit: Joanna Griffin / Jefferson Lab
http://cdn4.sci-news.com/images/2015/02/image_2499-Pion.jpg

Everything we see in the Universe is made up of fundamental particles called quarks and leptons.

Quarks are bound together in groups of three to make up the building blocks of the nuclei of elements
– protons and neutrons.

Flitting between the protons and neutrons in a nucleus are pions, which mediate the strong force binding
the nucleus together. These particles are made up of a quark and an antiquark, themselves held tightly bound
by the strong force.

This makes their deformability, or polarizability, a direct measure of the strong binding force between the quarks.

The polarizability of pions has baffled particle physicists since the 1980s, when the first measurements appeared to
be at odds with the theory.

The new result, appearing in the journal Physical Review Letters, is in close agreement with theory.

To measure pion’s polarizability, scientists from COMPASS – a high-energy physics experiment at the
Super Proton Synchrotron at CERN in Geneva, Switzerland – shot a beam of pions at a target of nickel.

As the pions approached the nickel on average at distances twice the radius of the particles themselves,
they experienced the very strong electric field of the nickel nucleus, which caused them to deform, and
change trajectory, in the process emitting a photon.

By measuring the photon energy and the deflection of the pion for a large sample of 63,000 events,
the COMPASS team determined the pion electric polarizability to be απ = (2.0±0.6stat±0.7syst)*10-4 fm3.

“This result is admirably complementary to the studies of fundamental interactions performed at
the Large Hadron Collider and a testimony to the diversity and strength of CERN’s research programme,”
said Rolf Heuer, Director General of CERN.

<参照>
COMPASS pinpoints polarisability of pions | CERN
http://home.web.cern.ch/scientists/updates/2015/02/compass-pinpoints-polarisability-pions

Phys. Rev. Lett. 114, 062002 (2015) - Measurement of the Charged-Pion Polarizability
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.062002

引用元: 【素粒子物理】CERNの物理学者によるパイオン分極率の測定

CERNの物理学者によるパイオン分極率の測定の続きを読む
スポンサーリンク

このページのトップヘ