図1：陽子のパートン構造。 2個のアップクォーク (u) と1個のダウンクォーク (d) からグルーオン (g) の放射やクォーク・反クォークの対生成が起こり、クォーク・反クォーク・グルーオンの複合体になっている。
東京工業大学 理学院 物理学系の中野健一助教、柴田利明名誉教授（日本大学特任教授）、山形大学 学術研究院の宮地義之教授、理化学研究所 仁科加速器科学研究センターの後藤雄二先任研究員、高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所の澤田真也教授らは、陽子の内部において、反クォークの運動量が大きい領域でそのフレーバー対称性が大きく破れていることを、陽子ビーム実験によって明らかにした。
陽子はあらゆる物質を形作る基本粒子の一つであるが、その内部はクォーク・反クォーク・グルーオンという素粒子（＝パートン）の複合体になっている。陽子の質量・半径・スピンなどの基本的な性質は測定によって知られているが、そうした性質がパートンからどのように生じているかは未解明である。本研究では、米国フェルミ国立加速器研究所（FNAL）での日本・アメリカ合衆国・台湾の研究チームによる国際共同実験（SeaQuest実験）によって陽子の中の反クォークのフレーバー対称性を検証した。その結果、反クォークの運動量が大きい領域では、反ダウンクォークが反アップクォークより50%も多く存在し、フレーバー対称性が破れていることを突き止めた。この結果は、陽子の中に、フレーバー対称性を大きく破るこれまでに明らかになっていない何らかの仕組みがあることの証拠である。
本成果は、英国時間2021年2月24日公開の学術誌「Nature」に掲載された。
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論文情報
雑誌名: Nature
タイトル: The asymmetry of antimatter in the proton
著者: The SeaQuest Collaboration
J. Dove, B. Kerns, R. E. McClellan, S. Miyasaka, D. H. Morton, K. Nagai, S. Prasad, F. Sanftl, M. B. C. Scott, A. S. Tadepalli, C. A. Aidala, J. Arrington, C. Ayuso, C. L. Barker, C. N. Brown, W. C. Chang, A. Chen, D. C. Christian, B. P. Dannowitz, M. Daugherity, M. Diefenthaler, L. El Fassi, D. F. Geesaman, R. Gilman, Y. Goto, L. Guo, R. Guo, T. J. Hague, R. J. Holt, D. Isenhower, E. R. Kinney, N. Kitts, A. Klein, D. W. Kleinjan, Y. Kudo, C. Leung, P.-J. Lin, K. Liu, M. X. Liu, W. Lorenzon, N. C. R. Makins, M. Mesquita de Medeiros, P. L. McGaughey, Y. Miyachi, I. Mooney, K. Nakahara, K. Nakano, S. Nara, J.-C. Peng, A. J. Puckett, B. J. Ramson, P. E. Reimer, J. G. Rubin, S. Sawada, T. Sawada, T.-A. Shibata, D. Su, M. Teo, B. G. Tice, R. S. Towell, S. Uemura, S. Watson, S. G. Wang, A. B. Wickes, J. Wu, Z. Xi & Z. Ye
DOI: 10.1038/s41586-021-03282-z