陽子衝突において真空から粒子が出現、史上初

ブルックヘブン国立研究所のSTAR共同研究チームは、高エネルギー陽子衝突において、真空から直接粒子が出現する様子を観測した。この実験は、量子色力学の予測通り、質量が真空の揺らぎから生じ得るという強力な証拠を提供する。実粒子へと昇華したクォーク・反クォーク対は、真空に由来するスピン相関を保持していた。

ニューヨーク州ブルックヘブン国立研究所の相対論的重イオン衝突型加速器(RHIC)における国際チーム「STAR共同研究」は、真空中で高エネルギー陽子を衝突させた。これにより、真空の揺らぎから引き出された希少なクォーク・反クォーク対を含む粒子の噴出が生成された。量子色力学(QCD)理論によれば、通常はすぐに消滅するはずのこれら対は、十分なエネルギーを得ることで、真空の量子的な攪乱から受け継いだ相関スピンを持つ検出可能なハイペロンへと変化した。ハイペロンは10億分の1秒足らずで崩壊したが、そのスピンの並びは保持されており、真空起源であることを裏付けている。この研究成果は「Nature」(DOI: 10.1038/s41586-025-09920-0)で報告されており、チームは今回初めてその起源を追跡することに成功した。STAR共同研究メンバーのZhoudunming Tu氏は、「プロセス全体を観測したのは今回が初めてである」と述べている。同氏は、この発見により真空の性質や、真空との相互作用を通じてクォークがいかにして質量を獲得するのかを直接研究できる可能性があると加えた。研究に関与していないフローニンゲン大学のDaniel Boer氏は、「この測定結果を見ることができ大変嬉しく思う」と評価しつつ、クォークが単独で存在できない理由といった未解明の謎についても言及した。パヴィア大学のAlessandro Bacchetta氏は、衝突再構成の複雑さの中で信号に対する他の解釈の可能性を排除する必要があるとし、結果がまだ決定的ではないことへの慎重な姿勢を示した。

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