新しいエキゾチックな粒子が、世界最大の原子破壊装置によって収集された大量のデータの中に隠れていることを物理学者が発見した。
Ds3* と呼ばれるこの新しい粒子は中間子であり、1 つのクォークと 1 つの反クォークからなる不安定な粒子の一種です。クォークは素粒子です陽子と中性子を構成する物質の最も基本的な構成要素です。それらは、自然界の 4 つの基本的な力の 1 つである強い相互作用、または強い力によって結合されています。 (電磁気、弱い相互作用、重力が他の 3 つです。) 物質を結び付ける強い相互作用がなければ、物質の安定した形態は存在しません。
新しい粒子を見つけるために、英国ウォリック大学の物理学教授ティム・ガーション氏と彼のチームはダリッツプロット分析を使用しました。この技術には、粒子が最も基本的な要素 (クォーク) に崩壊するのを待ち、世界最大の原子粉砕機である大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) 内でその動きを追跡することが含まれていました。
フランスとスイスの国境にある長さ17マイル（27キロメートル）の地下トンネルにあるLHCからのデータにこの技術が使用されたのはこれが初めてである。この分析が可能となったのは、物理学者が LHC データに関する十分な経験を積んでおり、より複雑な分析に使用できるためです。ガーション氏は、データにはさらに多くの新しい粒子が隠されている可能性があると述べた。
「ここで私たちが示したことは、既存のデータを使用して新しい粒子を発見できるということです」とガーション氏は Live Science に語った。 「願わくば、私たちがこの種の研究のまったく新しい時代への扉を開いたのです。」
珍しい粒子
クォークには 6 つの異なるフレーバーがありますアップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、トップ、ボトムとして知られ、6 つすべてに反クォークと呼ばれる独自の反物質が存在します。 Ds3* 粒子は、1 つのチャーム反クォークと 1 つのストレンジ クォークで構成されています。クォークには、どのくらいの速さで動いているかを表す、ある程度のスピンもあります。クォークのスピンや質量などの特性により、クォークが融合して作成される粒子が決まります。 Ds3* 粒子は、チャーム クォークを含むスピン 3 で発見された最初の粒子です。その特性により、この粒子は非常に予測可能であり、それが強い相互作用を研究するための完璧な候補である理由だとガーション氏は述べた。
強い相互作用は原理的には完全に理解されているが、物理学者たちはそれを説明する方程式をまだ解いていない、とガーション氏は述べた。強い相互作用は非常に強力な力であるため、クォーク自体よりも原子内の質量の多くを占めます。力の背後にある方程式は信じられないほど複雑です。物理学者と数学者は何年もこの問題に取り組んできましたが、今では最も洗練されたコンピュータそれを解読しようとしている。新しい粒子により、科学者は方程式の解明に近づくことができるとガーション氏は述べた。
方程式を解くには、空間と時間の点の格子間の関係を理解することが含まれます。アイデアは、これらの点間の相互作用の影響を計算することです。しかし、その力は非常に強力であるため、これまでのところ方程式は解けないことが判明しています。計算は大幅に改善されましたが、科学者は正しい方向に進んでいるかどうかを判断するためのベンチマークを必要としています。
「新しい粒子はその目的に対してますます完璧ではなくなります」とガーション氏は語った。
この粒子は 3 つのスピンを持ち、チャーム クォークが含まれているため、粒子は格子内で予測可能な動作をし、追跡が簡単です。科学者は新しい粒子の測定値を使用し、相互作用について予測したものと比較して、それらが正しい軌道に乗っているかどうかを確認できるとガーション氏は述べた。
新しい粒子は、物質の量と物質の量との間の大きな違いについてもさらに明らかにする可能性があります。宇宙の反物質。反物質は通常の物質とは逆の電荷を持ち、ビッグバンの後、物質と反物質は同量で宇宙に爆発したと物理学者は考えています。しかし、反物質は稀であり、なぜ物質が宇宙を支配するようになったのか物理学者にはわかっていません。その答えは物理学者がまだ発見していない粒子の中にあるのではないかと考える人もいます。彼らは、これらの粒子は物理学の標準モデル、つまり科学者がこれまで理解している宇宙を支配する法則の領域には収まらないと予測している。