深層学習×写真フィルムでハイパー核の質量を測定～ノイズを排除した解析手法で新たな結果を取得～

2025-08-29 理化学研究所,立教大学,岐阜大学,福井大学

理研・立教大・岐阜大などの国際共同研究グループは、J-PARC E07実験で得られた写真乾板データを深層学習で解析し、最も軽いハイパー核「ハイパートライトン」と「ハイドロジェン4ラムダ」を背景事象なしで同定、質量と束縛エネルギーを同時に測定することに成功しました。従来の飛跡長からエネルギーを換算するRange–Energy式に不確実性があることを明らかにし、ATIMAシミュレーションとμ⁺粒子飛程を用いた新たな校正法を導入、系統誤差を定量評価（3ΛHで50 keV、4ΛHで60 keV）しました。結果として得られた束縛エネルギーは約50年前の乾板実験より大きく、過去データの見直しを示唆。解析に使ったのは全データの0.6％に過ぎず、今後の高速化・拡張により精度向上や多様なハイパー核の解明が期待されます。本成果は2025年8月20日、学術誌 PTEP に掲載されました。

深層学習で検出したハイパー核の2体崩壊事象と飛程による同定解析の結果

＜関連情報＞

深層学習を用いた核エマルジョン画像解析による3ΛHと4ΛHの結合エネルギー Binding Energy of 3ΛH and 4ΛH via Image Analyses of Nuclear Emulsions Using Deep-Learning

A Kasagi , T R Saito , V Drozd , H Ekawa , S Escrig , Y Gao , Y He , E Liu , A Muneem , M Nakagawa …
Progress of Theoretical and Experimental Physics Published:29 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/ptep/ptaf097

Abstract

Subatomic systems are pivotal for understanding fundamental baryonic interactions, as they provide direct access to quark-level degrees of freedom. In particular, the inclusion of a strange quark introduces strangeness as a new dimension, offering a powerful tool for exploring nuclear forces. The hypertriton, the lightest three-body hypernuclear system, provides an ideal testing ground for investigating baryonic interactions and quark behavior involving up, down, and strange quarks. However, experimental measurements of its lifetime and binding energy, key indicators of baryonic interactions, exhibit significant deviations in results obtained from energetic collisions of heavy-ion beams. Identifying alternative pathways for precisely measuring the hypertriton’s binding energy and lifetime is thus crucial for advancing experimental and theoretical nuclear physics. Herein, we present an experimental study on the binding energies of ³_ΛH(hypertriton)⁴_ΛHand ⁠, performed through the analysis of photographic nuclear emulsions using state-of-the-art technologies. By incorporating deep-learning techniques, we uncovered systematic uncertainties in conventional nuclear emulsion analysis and established a refined calibration protocol for accurately determining binding energies. Our results are independent of those obtained from heavy-ion collision experiments, thereby offering a complementary measurement and opening new avenues for investigating few-body hypernuclei interactions.