図1. 写真乾板中で観測された新たなグザイ核事象（伊吹イベント）の顕微鏡画像とそのイメージ図：グザイマイナス（Ξ-）粒子がA点で窒素１４原子核に吸収されグザイ核を形成し、ベリリウム１０ラムダ核（＃１）とヘリウム５ラムダ核（#2）に崩壊しました。ベリリウム１０ラムダ核は、B点でいくつかの原子核（＃３から＃６）といくつかの中性子（電荷を持っていないので飛跡は残らない）に崩壊し、ヘリウム５ラムダ核はC点でヘリウム４原子核（#7）、パイマイナス粒子（＃８）と陽子（＃９）に崩壊しました。
岐阜大学教育学部・工学研究科 仲澤和馬シニア教授のグループをはじめとする日・韓・米・中・独・ミャンマーの６カ国26大学・研究機関の総勢97名の研究者・大学院生からなる国際研究チームは、茨城県東海村にある大強度陽子加速器施設(J-PARC)を利用した国際共同実験(J-PARC E07実験)で、グザイマイナスと呼ばれるストレンジクォークを２つ持つ粒子を含む超原子核である「グザイ核」を新たに観測しました(図1)。この事象は岐阜県にある伊吹山にちなんで「伊吹事象(IBUKI event)」と命名され、詳細解析によってグザイマイナス粒子が窒素14原子核に束縛した状態とわかりました。これまでグザイ核の質量は、グザイ核が崩壊してできる娘核の状態に複数の解釈があったために決定できていませんでした。今回発見された事象では、解釈の曖昧さなく、その質量を初めて高精度で決定しました。グザイ核の質量から、グザイマイナス粒子と原子核、さらにはその構成要素である陽子や中性子との間に働く力の大きさを知ることができます。また、グザイマイナス粒子などのストレンジクォークを持つ粒子（ハイペロン）は、この宇宙で最も密度の高い天体である中性子星内に出現すると考えられており、その力の大きさは中性子星内でどのハイペロンがどのような密度で出現してくるか、ひいては半径や内部の圧力といった構造の理解につながります。したがって、グザイマイナス粒子に働く力を精密に決定した本研究は、物質を構成する素粒子「クォーク」から物質が形成される仕組みの理解に繋がる成果になるとともに、巨大な原子核と言われる中性子星の内部構造の解明に一歩迫る成果です。
本研究成果は、日本時間2021年2月12日（金）にPhysical Review Letters (PRL) 誌のオンライン版で発表されました。論文は、Editor’s Suggestion（注目論文）に選ばれ、解説記事として Physics Synopsis (梗概）（ https://physics.aps.org/articles/v14/s15 ）でも紹介され、顕微鏡画像写真（図1左）は、同日発行の PRL誌126巻6号の表紙を飾りました。
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論文情報
雑誌名: Physical Review Letters
タイトル: Observation of Coulomb-Assisted Nuclear Bound State of
Ξ-–14N System
著者: S. H. Hayakawa et al. (J-PARC E07 Collaboration)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.062501