超弦理論 D中間子

　D中間子は、1つのチャームクォーク（または反チャームクォーク）を含む最も軽い粒子であるため、崩壊の際には、（反）チャームクォークをその他の（反）クォークか別の素粒子に変換する。そのため、粒子内部のチャームは保存されず、弱い相互作用のみが働く。D中間子では、チャームクォークは、Wボソンの交換により優先的にストレンジクォークに変換され、そのためD中間子は、K中間子またはパイ中間子に優先的に崩壊する[1]。
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　チャームクォークの意味合いは、ストレンジネスほど強くなく曖昧な概念からきている。D中間子は、チャームクォークを含む基本的なメソンとしての位置付けであるが、その崩壊は 三種類のanything で包括的に表されている。一つは電子、ミューオンを含む崩壊、もう一つは最も崩壊確率が高いK中間子を含む崩壊、そして、もう一つは、イータ中間子を含む崩壊がある。

　実は、これらの崩壊から、D中間子にチャームクォークが含まれているとする概念に相当するものを見付けるのは容易である。K中間子の崩壊から準えれば、二段階の弱い相互作用が関与している事になり、ある種の新しいクォークが二段階の弱い相互作用で電子と電子ニュートリノに戻ったと解釈すれば、自ずとチャームクォークが見出されたことになる。

　ホログラフィックエリアによる解釈(前の記事を参照)では、K中間子のストレンジネスは電子である。(重いK中間子は除く)　では、ホログラフィックエリアによるチャームとは何であろうか？

　これは、固有形態のホログラフィックエリアに含まれるレプトンの種類に関係している。先ず、パイ中間子は負電子、軽いK中間子は電子が含まれていた訳ですが、チャームクォークを含むD中間子には何が含まれているのか？

　　　D中間子のホログラフィック固有形態には、負ミューオンが含まれている。

　D中間子の崩壊は 、電子、ミューオンを含む崩壊、K中間子を含む崩壊、イータ中間子を含む崩壊があり、主流のK中間子を含む崩壊からチャームは導き出された。しかし、この中に無い特殊な崩壊が隠されおり、D中間子は Τ+ ντ(Τニュートリノ)にも崩壊することが分かっている。

　この崩壊は、固有のホログラフィックエリアにあるレプトンの種類を見極める指標となる。これより、パイオンやケーオンには無かった新しいレプトンが、崩壊成分の中に存在していることが示唆される。

　因みに、重いケーオンの固有ホログラフィックエリアにはミューオン(負ミューオンでは無い)が隠れている。
　

超弦理論 ラムダ粒子(Λ⁰)

　ラムダ粒子 (Λ⁰) は、バリオンに分類され、アップクォークとダウンクォーク及び strange quark から構成される複合粒子であると考えられている。

　“K-pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）では、K⁻+“pp”→XK-pp という反応が用いられたことをK中間子の記事で述べた。

　（XK-pp）は直ちに崩壊しており、実験ではXK-ppがΛ粒子と陽子に崩壊する事象（XK-pp→Λ+p）を観測し、観測していない残りの粒子が中性子だったことを、エネルギーおよび運動量保存則で確認したとなっている。

　即ち、実際に実験で観測できたのは Λ+p であると思われる。これは、XK-pp が新たな粒子という位置付けではなく反応過程を示す状態図の役割をしているようにも見える。

　ラムダ粒子 (Λ⁰) は、中性子が励起状態になり down quark が strange quark に置き換わった状態であると考えられている。これは、K中間子にも当てはまり、パイ中間子の down quark が strange quark に置き換わった状態になっている。

　ホログラフィックエリアが中性子の役割をしている場合には、上記の状態は、ホログラフィックエリアの励起状態であると考えられる。

　パイ中間子は、2⃣ (二つの正三角形で構成されたホログラフィックエリア)に、負電子の穴が開いている状態であったことを思い出せば、K中間子の down quark の意味合いが理解できる。

　K中間子は 7⃣ (七つの三角形で構成されたホログラフィックエリア)に、電子が侵入した状態である。

　ラムダ粒子 (Λ⁰) は、⑩＋⒅ (28の三角形で構成されたホログラフィックエリア)で、負電子も電子も含まれていない。

　ラムダ粒子 (Λ⁰) に似ているバリオンに、シグマ粒子(Σ ）粒子がある。

　シグマ粒子(Σ ）粒子は、⑩＋⒅ (28の三角形で構成されたホログラフィックエリア)に、電子が含まれている。

　ラムダ粒子 (Λ⁰) が、シグマ粒子(Σ）の基底状態であると考えれば、 down quark の意味合いが理解できる。これは、K中間子と シグマ粒子(Σ ）粒子の共通点を探ればよくて、共に電子の混入が認められる。

　ホログラフィックエリア内では、負電子が現れることを以前の記事で述べた。この負電子があることで真空状態が安定する訳ですが、ストレンジネスをもった粒子には正のエネルギーを持つ電子が侵入している。

　ラムダ粒子 (Λ⁰) と シグマ粒子(Σ）を比較すれば、正のエネルギーを持つ電子を含まないラムダ粒子 (Λ⁰)は、 シグマ粒子(Σ）よりも2倍程度 安定している。（ シグマ粒子(Σ）の崩壊時間が短い）

　
　

超弦理論 K中間子 K−、K+、K0、反K0、

　K中間子は第一世代のクォークと第二世代のストレンジクォークからなる。種別はK−、K+、K0、反K0、の4種類がある。

　“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）

　　K⁻中間子　⇒　XK

　　pp ヘリウム2(ジプロトン)は、ヘリウムの仮想的な同位体で、計算上は強い相互作用がもう2%大きかったら存在することができる。

　　2H 1 1 2.0141017778(4) STABLE 1+ 0.000115(70)　　pn

　2Hは水素のもう1つの安定同位体であり、重水素（デューテリウム、deuterium）という名前で知られている。重水素の原子核は1つの陽子と1つの中性子からなる。地球上での重水素の存在比は0.0026 – 0.0184%（モル分率または原子分率）である。
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　“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）は以下のように生成される。ここでは、超弦原子核構造から “K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）の意味合いを考えて見る。

　2Hは安定した同位体であるから、同位体の優位性があれば、“K⁻pn”中間子束縛原子核状態（XK-pn）が存在している筈である。この状態が許されない意味としては、ホログラフィックエリアの優位性が、同位体の優位性よりも勝っていることが原因であると思われる。

　“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）の結合エネルギーは、通常の核融合エネルギーの10倍(👇で確認)ある。このように強い結合状態で深い基底状態の“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）は、通常であれば安定する筈であるが、直ちに崩壊している。

　“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）が意味している事は、超弦原子核構造で説明できると思う。

　通常の原子核モデルでは、“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）は、二つの陽子をXKで結び付けた構造をしている。この場合、“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）と ヘリウム2(ジプロトン)とは区別できない。これは、また、計算上は、強い相互作用がもう2%大きかったら 、ヘリウム2が存在することができるとする理論計算からも逸脱している。何故ならば、“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）の結合エネルギーは、通常の核融合エネルギーの10倍(👇で確認)ある。

　超弦原子核構造では、其々の核子は、立体的な支柱構造で結ばれており、その結合力は ①－1⃣ が最大値になっている。従って、“K⁻pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）は、同位体ではなく、一時的なpp接触状態となっていることが考えられる。これは、XKホログラフィックエリアに、二つの陽子が入り込んだ状態であるから、ヘリウム2が形成された訳ではない。


　研究手法と成果
“K-pp”中間子束縛原子核状態（XK-pp）を作るためには、K-+“pp”→XK-ppという反応が最も単純です。ところが、XK-ppの質量エネルギーがK-中間子と陽子2個の質量エネルギーの和よりも、束縛エネルギーの分だけ小さくなるため、反応の前と後でのエネルギー保存則を満たすことができません。

そこで、国際共同研究グループは、大強度陽子加速器施設 J-PARC（茨城県東海村）にあるハドロン実験ホールにて、K-中間子ビームを陽子2個と中性子（n）1個からなるヘリウム3（3He）原子核の標的に照射する実験を行いました（図1）。

この実験では、K-+3He→XK-pp+nという反応により、前方に中性子が蹴り出されます。図2に示すように、この反応は不確定性原理が許す時間内に起こる二段階反応として理解できます。まず、K-中間子が3He中の中性子を弾性的に前方に蹴り出す一方で、K-中間子は中性子よりも軽いため後方に反跳（q）を受け、エネルギーを大きく失います。この反跳を受けたK-中間子は、反応に関与しなかった残りの陽子2個と直ちに結合します。不確定性原理により、反跳を受けたK-中間子のエネルギーがXK-ppの束縛エネルギーと等しい分だけ小さくなったときにXK-ppが生成されます。また、余分なエネルギーは、第一段階で前方に蹴り出されつつある中性子が受けて持ち出すので、反応全体でエネルギーおよび運動量保存則が満たされます。

ただし、生成したXK-ppはすぐに崩壊してしまうため、実験ではXK-ppがΛ粒子と陽子に崩壊する事象（XK-pp→Λ+p）を観測し、観測していない残りの粒子が中性子だったことを、エネルギーおよび運動量保存則で確認しました。XK-ppからの崩壊Λpを計測して、元のXK-ppの質量を再構成した不変質量スペクトルを図3に示します。スペクトルは、ばらばらの状態のK-中間子とニつの陽子の質量の和（質量閾値）よりも明らかに低い質量値に、ピーク構造を持っています。このような構造は、束縛エネルギーの分だけ質量閾値よりも質量エネルギーが小さい状態、すなわちXK-ppが存在することを示しています。

さらに、中間子原子核束縛状態XK-ppは、通常の原子核の束縛エネルギー（数メガ電子ボルト［MeV、Mは100万］）よりも約10倍大きい50MeVという束縛エネルギーを持つことが分かりました。これは、構成要素であるK-中間子の質量の10％にあたる巨大な束縛エネルギーです。これらの結果から、極めて特異的な高密度核物質が自発的に形成されたと考えられるだけでなく、実際に空間的に極めて小さいことを示唆する実験データが得られました。

今後の期待
K中間子と原子核が束縛状態を作ること自体はさまざまな理論研究から予想されていましたが、予想される束縛エネルギーは理論の枠組みの違いによってさまざまでした。今回、K-中間子が原子核内でも中間子の実粒子としての特性を失わずに存在し、陽子二つと非常に深い束縛状態を作ることや、その束縛エネルギーが非常に大きいことが分かりました。さらに、その束縛エネルギーのせいで空間サイズが小さいことも示唆されたことから、量子色力学における物質密度とハドロンの質量の関係についても理論的研究の発展が期待されます。

原子核内の核子は、量子色力学でいう「色」を持ったクォークが三つ組み合わさって閉じ込められることで「無色」になった状態ですが、どこまで核子を近づけると互いの色が見えてくるのか分かっていません。また、最近の観測で太陽質量の2倍もある中性子星が見つかっていますが、その巨大な質量にもかかわらず、なぜ中心部が崩壊せずに外殻物質を支えられるのかについてもよく分かっていません。このような、宇宙における自然法則の謎に迫るためにも、中間子束縛原子核の研究の進展は不可欠です。そのために、国際共同研究グループはJ-PARCでのハドロン実験を通して、より大きな原子核との束縛状態や、複数のK中間子の束縛状態の探査検証実験を通して、その謎に挑んでいきたいと考えています。

原論文情報
S. Ajimura, H. Asano, G. Beer, C. Berucci, H. Bhang, M. Bragadireanu, P. Buehler, L. Busso, M. Cargnelli, S. Choi, C. Curceanu, S. Enomoto, H.　 Fujioka, Y. Fujiwara, T. Fukuda, C. Guaraldo, T. Hashimoto, R. S. Hayano, T. Hiraiwa, M. Iio, M. Iliescu, K. Inoue, Y. Ishiguro, T. Ishikawa, S. Ishimoto, K. Itahashi, M. Iwasaki, K. Kanno, K. Kato, Y. Kato, S. Kawasaki, P. Kienle, H. Kou, Y. Ma, J. Marton, Y. Matsuda, Y. Mizoi, O. Morra, T. Nagae, H. Noumi, H. Ohnishi, S. Okada, H. Outa, K. Piscicchia, Y. Sada, A. Sakaguchi, F. Sakuma, M. Sato, A. Scordo, M. Sekimoto, H. Shi, K. Shirotori, D. Sirghi, F. Sirghi, K. Suzuki, S. Suzuki, T. Suzuki, K. Tanida, H. Tatsuno, M. Tokuda,D. Tomono, A. Toyoda, K. Tsukada, O. Vazquez Doce, E. Widmann, T. Yamaga, T. Yamazaki, Q. Zhang, and J. Zmeskal（75 authors）, "“K−pp”, a K ̅-Meson Nuclear Bound State, Observed in3He(K−, Λp)n Reactions", Physics Letters B, 10.1016/j.physletb.2018.12.058新規タブで開きます
発表者
理化学研究所

超弦理論 ロー中間子 ρ+、ρ0、ρ-

　ロー中間子（ローちゅうかんし）は、短寿命のハドロンである。アイソスピンの3重項であり、ρ+、ρ0、ρ-と表記される。強い相互作用を示す粒子としてはパイ中間子、K中間子に次いで軽く、3つの状態とも質量は約770 MeVである。ρ+とρ0の間にはわずかな質量の差があるはずであるが、この差は現在の技術の限界を超えており、0.7 MeV以下と考えられている。
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　超弦原子核は、パイ中間子の雲で覆い隠されている。

　ロー中間子とパイ中間子は、核力の中心力で静的力である。そして、その静的力は、強い相互作用の残留力であると考えられている。

　通常の静的原子核は、パイ中間子の雲で覆い隠されているが、この雲の領域が励起状態になればロー中間子が現れると考えられる。

　パイ中間子は、核力の中心力ですが、実際は強い相互作用を持っておらず、強い相互作用で崩壊することもない。しかし、ロー中間子は、分岐率99.9%で2つのパイ中間子に崩壊する。この寿命は大変短く(4.5×10⁻²⁴秒)になる。これは明らかに電磁力や弱い相互作用とは区別されるべきであり、強い相互作用での崩壊であると考えられる。

　ロー中間子とパイ中間子は、核力の中心力で静的力である。しかし、パイ中間子は強い相互作用では崩壊しない。これが意味することは、パイ中間子が、ある意味で、これ以上に分割できない基本構造を持っていることの示唆である。

　パイ中間子は電磁力や弱い相互作用で崩壊するので、基本構造を持っているという解釈は変であるが、ここでの基本構造は核力による基本構造であることを理解しておく必要がある。

　では、超弦原子核を構成する結合力と、強い相互作用の残留力とは何が違うのであろうか？

　通常の強い相互作用の解釈は、三元力(三色荷)によるクォーク・グルーオン相互作用の理論である量子色力学(QCD)が基盤となっている。なので、超弦原子核を構成する結合力とは異質のように思える。

　超弦原子核を構成する結合力は、①－1⃣ である事を以前の記事で書いた。これは、ホログラフィック弦の収縮分に相当するエネルギーであり、①－1⃣ は、基底状態の核子が落ち込むエネルギーに関係していた。

　👆写真は、陽子と中性子の開いた超弦を表してり、この超弦が複数の正四面体で構成されたものが超弦原子核となっていた。そして、核子一つあたりの基底状態は、①－1⃣ のエネルギーが関係していた。

　核子と中間子の違いを超弦構造から考えて見れば、パイ中間子が、ある意味に於ける分割できない基本構造であることが理解できる。

　核子は分割できないことから、ある意味に於ける基本構造をもっている。これを、超弦構造から説明すれば、核子を構成するクォークが👆写真の超弦の立体構造になっており、その基本構造が正四面体になっていることから理解できる。

　では、中性子は如何であろうか？

　中性子は、ホログラフィック弦が平面に張り付いており立体構造ではない。これは、核子と中性子の大きな違いであり、基本構造も違っている。核子を構成するクォークは①－1⃣ の質量であるが、パイ中間子の質量は 2⃣ である。パイ中間子は 2⃣ をホログラフィックエリアとする基本構造をもっている。この基本構造は正三角形をしており、 2⃣ を分割して　 1⃣ ✖2⇒(反ミュー粒子とミューニュートリノ) 　にすれば、ホログラフィック弦は基底状態になり真空状態となる。　

　

　

　

オガネソン は、元素記号Og、原子番号118

オガネソン は、元素記号Og、原子番号118の合成元素。

　他の同位体の合成経路や半減期の理論的計算によると、恐らく質量数293、295、296、297、298、300、302等のいくつかの同位体は、合成された質量数294の同位体よりも若干安定であることが示される[33][61]。これらの中で、質量数297の同位体は長寿命の核種を得られる期待が最も大きく[33][61]、この元素の将来の研究の焦点となっている。
　
　さらに多くの中性子を持つ質量数313近辺のいくつかの同位体も長寿命を持つ可能性がある[62]。これらのより重い同位体によりオガネソンの化学的性質の解明が期待されることから、ドゥブナ合同原子核研究所は2017年下半期にカリホルニウムの質量数が249、250、251の同位体の混合物をターゲットとして、質量数が295と296のオガネソンを作る実験　を行うこととしている。

　この実験は、オガネソン297の同位体を得るために2020年にも再度行われる。この反応で、オガネソン293と分裂生成物のリバモリウム289の生成も可能である。キュリウム248とチタン50の衝突による質量数295と296のオガネソンの生成は、2017年から2018年にドゥブナ合同原子核研究所と理化学研究所で予定されている[38][63][64]。
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　ドゥブナ合同原子核研究所は2017年下半期に実験を行っているのか？2017年から2018年にドゥブナ合同原子核研究所と理化学研究所で予定されている実験は如何なっているのか？　

　他にも実験は行われていると思われるが、オガネソン297の同位体は確認されていないと推測される。

　👇はオガネソンの複合形態で、296Og、297Ogを構成することもできる。ただし、中性子の最大収納量が減少傾向にあるので、296Og、297Og等の同位体を生成するのは難しいと思われる。

　
293Og 118 175 293.21467(129)#
　　　(247Cm 96 151)＋(46Ca 20 26)　－2支柱＋2e
　　　(247Bk 97 150)＋(46Ca 20 26)　－1支柱＋1e

　　　(243Cm 96 147)＋(54Cr 24 30)　－2p－2N
　　　　243Cm 29.1(1) a
　　　(244Cm 96 148)＋(53Cr 24 29)　－2p－2N
　　　　244Cm　 18.10(2) a
　　　(245Cm 96 149)＋(52Cr 24 28)　－2p－2N
　　　(246Cm 96 150 )＋(51Cr 24 27)　－2p－2N
　　　　　　　　　　　　　　　51Cr 　27.7025(24) d
　　　(247Cm 96 151 )＋(50Cr 24 26)　－2p－2N


294Og 118 176
　　　(248Cm 96 152 248.072349(5) 3.48(6)E+5 a)＋(46Ca 20 26)　－2支柱＋2e
　　　(247Bk 97 150)＋(47Ca 20 27)　　－1支柱＋1e

　　　(244Cm 96 148)＋(54Cr 24 30)　－2p－2N
　　　　244Cm　 18.10(2) a
　　　(245Cm 96 149)＋(53Cr 24 29)　－2p－2N
　　　(246Cm 96 150 )＋(52Cr 24 28)　－2p－2N
　　　(247Cm 96 151 )＋(51Cr 24 27)　－2p－2N
　　　　　　　　　　　　　　　51Cr 　27.7025(24) d
　　　(248Cm 96 152 )＋(50Cr 24 26)　－2p－2N
　　　(250Cm 96 154 )＋(48Cr 24 24)　－2p－2N
　　　　　　　　　　　　　　　48Cr 　21.56(3) h

295Og 118 177
　　　(248Cm 96 152 248.072349(5) 3.48(6)E+5 a)＋(46Ca 20 26)　－2支柱＋2e
　　　(247Bk 97 150)＋(47Ca 20 27)　　－1支柱＋1e

　　　(245Cm 96 149)＋(54Cr 24 30)　－2p－2N
　　　(246Cm 96 150 )＋(53Cr 24 29)　－2p－2N
　　　(247Cm 96 151 )＋(52Cr 24 28)　－2p－2N
　　　(248Cm 96 152)＋＋(51Cr 24 27)　－2p－2N
　　　　　　　　　　　　　　　　51Cr 　27.7025(24) d
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