新しい4クォーク粒子の「議論の余地のない」証明

欧州原子核研究機構（CERN）の研究グループは、世界最強の粒子加速器を使用して、4つのクォークからなる粒子を作り出したと、同欧州原子核研究機構は昨日発表した。

現在、宇宙に存在する物質粒子のほとんどは、2 個または 3 個のクォークで構成されている。しかし、過去 10 年間、世界中の粒子加速器プロジェクトにより、4 個のクォークからなる粒子が数種類存在する可能性があるという証拠が集められている。物理学者は、そのような粒子に Z で始まる名前を与えている。「これらの Z 粒子は、新しいタイプの物質と考えることができます」と、CERN の研究には関与していないピッツバーグ大学の粒子物理学者、エリック・スワンソン氏は、 Popular Scienceに語っている。

CERN グループが発見した Z 粒子は Z(4430) と呼ばれています。この粒子は寿命が極めて短く、極めて高エネルギーの環境でのみ存在します。物理学者は、この粒子はビッグバンの 1 マイクロ秒後に宇宙に大量に存在し、その後崩壊したと考えています。

宇宙線はZ(4430)粒子を生成できるが、強力な粒子加速器、たとえばスイスのジュネーブにある欧州原子核研究機構（CERN）の巨大な大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、地球上でZ(4430)粒子が生成される数少ない場所の1つだ。「これは非常にまれなプロセスなので、実際に生成されるのはジュネーブのLHCです」とスワンソン氏は言う。いわゆる「大型ハドロン衝突型加速器ビューティーコラボレーション」では、3つのクォークからなる陽子を衝突させることでZ(4430)粒子を再現した。

CERN の新しいデータは強力で、統計的有意性は 13.9 シグマです。この値は 5 シグマをはるかに超えています。5 シグマは、発見が真実であると判断する基準として世界中の物理学者が同意している統計的有意性のレベルです。したがって、新しいデータは Z(4430) 粒子が実際に存在することを確認するのに役立ちます。

CERN の研究は、かつて白熱した論争に決着をつけた。2008 年、Belle 共同研究グループは、日本の KEK 粒子加速器のデータから、世界初の Z(4430) 粒子の証拠を確認したと発表した。その後、BaBar と呼ばれる別のグループが、カリフォルニア州の SLAC 国立加速器研究所で独自の実験を行った。BaBar は、その結果は別の何か、つまり、エキゾチックな 4 クォーク粒子とは関係のない何かによって説明できると述べた。

会議でスワンソンは Belle と BaBar の科学者を捕まえ、彼らの食い違いを説明するよう求めた。「その後、彼らがそれぞれの解釈について言い争うのを見ました。言い争うのは楽しいことでした。正直に言うと、私はその会議を混乱したまま去りました」と彼は言う。「そこで LHCb が登場し、両者の意見の一致を破ったのです」。

グループが発見したZ粒子のすべてが、独立したグループのデータによってZ(4430)粒子のように十分に証明されているわけではない。十分に文書化されているZ粒子の1つはZc(3900)粒子で、これは2つの研究室がそれぞれ昨年発見したと発表した。

CERN の新しい発見に関する論文は、プレプリント物理学研究サーバー arXiv で読むことができます。

2014 年 4 月 10 日編集: このストーリーの以前のバージョンでは、新たに確認された粒子を Z(4330) と呼んでいました。正しくは Z(4430) です。誤りをお詫び申し上げます。訂正してくださった読者の Vinz に感謝します。