新しいタイプの素粒子・二重バリオンが世界を変える

・研究者は、通常の3つのクォークではなく、6つのクォークを持つ新しいタイプの二酸化チタン粒子を発見しました。

・そのために、「京」コンピュータ上で量子色力学シミュレーションを作成しました。

・それぞれ3個のクォークを含むジ・オメガと呼ばれる2個のオメガバリオンで構成されています。

 

 

バリオンは、3つのクォークを含む重い素粒子です。最も一般的なバリオンは中性子と陽子で、宇宙のすべての可視物質の中にあります。これらのクォークを含む粒子は強い相互作用を行い、それぞれに対応する反バリオンが存在します。

 

2つのバリオンからできているものは二重バリオンと呼ばれます。現在、海に存在する天然水素の0.015％近くを占める重水素という二重バリオンのみがわかっています。重水素の原子核は、1個の陽子と1個の中性子で構成されています。

 

何十年もの間、研究者は他のクラスの二重バリオンが存在しないかと考えてきました。しかし、今日まで、他の二重になっている物質が発見されることはありませんでした。

 

このたび、理化学研究所（日本の大規模研究機関）の科学チームが、新しいタイプの二重バリオンを発見しました。これらの元素の形成と動きを研究することで、宇宙の初期段階や中性子星の内部などの極限状態において、素粒子がどのように相互作用しているのかをより深く理解することができる。

 

 

発見までの経緯

この珍しい元素を観測するために、科学者は、8万以上のコンピュータノードを持つ分散メモリアーキテクチャに基づく「京」コンピュータで量子色力学シミュレーションを行いました。

 

提示された二重バリオンは、それぞれ3個のクォークを含む2個のオメガバリオン（ジ・オメガと呼ばれる）で構成されています。研究チームは、日本とヨーロッパで進められた重イオン衝突実験の中で、この珍しい元素を観測する方法を提案しました。

 

画像元: ユーリッヒ研究センター / SeitenPlan

 

この研究は、3つの効率的な要素の組み合わせによって実現されました-

 

1・大容量のスーパーコンピュータ

2・シミュレーションアルゴリズムの改善

3・量子色力学の計算をより良い方法で行う

 

計算速度が8ペタフロップスを超える最速クラスのスーパーコンピュータ「京」は、大量の変数を高速で計算できますが、この結論に至るまで3年近くかかりました。

 

収縮アルゴリズムを統一し、さらに効率的に膨大な数のクォークを使って計算できるようになりました。さらに、HAL量子色力学（QCD）と名付けられた新しい理論的枠組み（時間依存性）により、バリオン間の相互作用の力を測定することが可能になりました。

 

HAC QCD法により得られた散乱長、結合エネルギー、有効射程から、二重バリオン系は全体的に引力を持ち、ユニタリー領域の近傍に位置することがわかりました。

 

現象学的な観点から、この種の系は相対論的な重イオン衝突で形成された2つのバリオン間の相対運動量、すなわち対運動量相関を測定することによって最もよく探索できます。さらに、散乱長は、対運動量相関が小さな相対運動量で特徴的に増強されるために重要な要素です。

 

 

これからどうなるのか?

研究者は現在、同じセットアップでQCDデータを増やす作業を行っています。近々、有限のQCD体積におけるスペクトル解析と有効範囲の拡大が発表される予定です。