【物理学】新粒子「ダイオメガ」－スパコン「京」と数理で予言するクォーク6個の新世界－　理化学研究所［05/24］

しじみ ★

理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター量子ハドロン物理学研究室の権業慎也基礎科学特別研究員、
土井琢身専任研究員、数理創造プログラムの初田哲男プログラムディレクター、
京都大学基礎物理学研究所の佐々木健志特任助教、青木慎也教授、
大阪大学核物理研究センターの石井理修准教授らの共同研究グループ※「HAL QCD Collaboration[1]」は、
スーパーコンピュータ「京」[2]を用いることで、新粒子「ダイオメガ（ΩΩ）」の存在を理論的に予言しました。

本研究成果は、素粒子のクォーク[3]がどのように組み合わさって物質ができているのかという、
現代物理学の根源的問題の解明につながると期待できます。

クォークには、アップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、ボトム、トップの6種類があることが、
小林誠博士と益川敏英博士（2008年ノーベル物理学賞受賞）により明らかにされました。
陽子や中性子はアップクォークとダウンクォークが3個組み合わさって構成されており、
3個のストレンジクォークからなるオメガ（Ω）粒子も実験で観測されています。
3個のクォークからなる粒子（バリオン[4]）は、これまで多数見つかっていますが、
6個のクォークからなる粒子（ダイバリオン[5]）は、
1930年代に発見された重陽子（陽子1個と中性子1個）以外には見つかっていません。
今回、共同研究グループは、2個のΩ粒子の間に働く力を「京」を用いて明らかにし、
ダイオメガ（ΩΩ）の存在を予言しました。
これは、6個のストレンジクォークだけからなる最も奇妙なダイバリオンであり、
重陽子の発見以来、約1世紀ぶりとなる実験的発見が期待できます。

本研究は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』に掲載されるのに先立ち、
オンライン版（5月23日付け：日本時間5月24日）に掲載される予定です。

■背景
－南部博士のバトンをつなぐ、クォーク・バリオンの研究－
私たちの身の回りの物質は全て、
「クォーク」と「レプトン[6]」（電子やニュートリノなど）と呼ばれる素粒子からできています。
陽子や中性子、そしてオメガ（Ω）粒子など3個のクォークから構成される粒子は「バリオン」と総称されています。
また、バリオンが複数集まったものが原子核です。
特に、二つのバリオン（クォーク6個）からなる最も簡単な原子核は「ダイバリオン」と呼ばれます。
ダイバリオンは実験的には、重陽子（陽子１個と中性子１個の結合状態）が1930年代に発見されたのみであり、
それ以外のダイバリオンは現在に至るまで観測されていません（図1）。

クォークの運動を決める基礎理論は、南部陽一郎博士（2008年ノーベル物理学賞受賞）によって提唱された「量子色力学[7]」です。しかし、量子色力学の基本方程式を紙と鉛筆だけで解くことは、理論物理学の最先端手法をもってしても困難です。ケネス・ウィルソン博士（1982年ノーベル物理学賞受賞）は、この困難を解決する「格子ゲージ理論[8]」を提唱しました。その後、この理論に基づいた大規模数値シミュレーションを行うことにより、量子色力学の直接計算が可能になりました。さらに、2007年に石井理修准教授、青木慎也教授、初田哲男プログラムディレクターは、格子ゲージ理論を用いて、2個のバリオンの間に働く力を明らかにする新しい方法を提案しました注1)。これにより、量子色力学から直接ダイバリオンの研究を行う道が拓かれましたが、ダイバリオンについての現実世界のシミュレーション[9]は、当時の理論手法とスーパーコンピュータの性能では不可能でした。
図：スーパーコンピュータ「京」（左）とダイオメガ（ΩΩ）のイメージ図（右）
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2018/20180524_1/fig.jpg

理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180524_1/
続く）

【物理学】新粒子「ダイオメガ」－スパコン「京」と数理で予言するクォーク6個の新世界－ 理化学研究所［05/24］

【物理学】新粒子「ダイオメガ」－スパコン「京」と数理で予言するクォーク6個の新世界－　理化学研究所［05/24］