\新種の原子核!?/ 強い相互作用だけで束縛した中間子原子核の兆候を初観測 ―質量の起源解明への新たな一歩―

2026-04-08 大阪大学

大阪大学大学院理学研究科を中心とする国際共同研究チームは、η′中間子と原子核が強い相互作用のみで結合した新しい状態「η′中間子原子核」の兆候を世界で初めて観測した。物質の質量起源は未解明であり、真空構造の変化が関与すると考えられている。本研究では新たな実験手法により、原子核内部でη′中間子の質量が減少している可能性を示す結果を得た。これは真空の性質と質量生成メカニズムの理解に重要な手がかりを与える成果であり、基礎物理学に新たな展開をもたらすと期待される。

\新種の原子核!?/ 強い相互作用だけで束縛した中間子原子核の兆候を初観測 ―質量の起源解明への新たな一歩―
今回の研究で新たに開発した実験セットアップ。WASA検出器で η′中間子原子核の崩壊から出る陽子を検出し、前方の重陽子の運動エネルギーを破砕核分離装置 (FRS) で精密に測定した。

<関連情報>

励起スペクトル12C⁡(p、d)付近での反応η′高運動量陽子との同時測定による中間子放出閾値の測定 Excitation Spectra of the 12C⁡(p,d) Reaction near the η′-Meson Emission Threshold Measured in Coincidence with High-Momentum Protons

R. Sekiya, K. Itahashi, Y. K. Tanaka, S. Hirenzaki, N. Ikeno, V. Metag, M. Nanova, J. Yamagata-Sekihara, V. Drozd et al. (-PRiME Collaboration and Super-FRS Experiment Collaboration)
Physical Review Letters  Published: 7 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/6vsl-ng7x

Abstract

The missing mass of the 12C⁡(p,d) reaction has been measured near the η′-meson emission threshold in coincidence with a high-momentum proton to selectively collect η′−11C mesic nucleus formation events at GSI, Germany. A 2.5 GeV proton excites a carbon nucleus in order to form an η′-mesic nucleus emitting a deuteron forward with an energy of ∼1.5  GeV. The deuteron is momentum analyzed by the fragment separator used as a high-resolution spectrometer to deduce the excitation energy of the residual system. The large-acceptance detector WASA surrounding the target identifies high-momentum protons emitted in the decay of the η′-mesic nucleus. The measured semiexclusive spectrum exhibits structures below the threshold though the statistical significance is limited. The spectrum is fitted by theoretically calculated spectra varying optical-potential parameters of the η′-nucleus interaction. The analysis results indicate possible formation of η′-mesic nuclei for the real potential depth of ∼−61  MeV with a local statistical significance of 3.5⁢ and, taking into account the look-elsewhere effect, a global significance of 2.1⁢.

1701物理及び化学
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