スーパーコンピューターは、エキゾチックな6クォーク粒子の存在を予測しました

理研の研究者が予測した、クォークと呼ばれる6つの素粒子からなるエキゾチック粒子の存在は、クォークがどのように結合して原子核を形成するかについての理解を深めることができます。

クォークは物質の基本的な構成要素です。原子核は陽子と中性子で構成されており、これらはそれぞれ3つのクォークで構成されています。 3つのクォークからなる粒子はまとめてバリオンと呼ばれます。

科学者たちは長い間、ディバリオンとして知られる2つのバリオンを含むシステムの存在について考えてきました。自然界には、ダイバリオンが1つだけあります。重陽子は、陽子と中性子からなる水素原子核であり、互いに非常に弱く接続されています。他のダイバリオンの垣間見ることが核物理学の実験で発見されましたが、それらの存在は非常につかの間でした。

「重陽子は唯一の安定したダイバリオンとして知られていますが、もっと多くのダイバリオンがあるかもしれません」と理化学研究所の学際的理論数理科学プログラムの杉浦拓哉は言います。 「どのバリオンのペアがディバリオンを形成し、どちらが形成しないかを研究することは重要です。これは、クォークがどのように物質を形成するかについての貴重な情報を提供するからです。」

量子色力学は、クォークが互いにどのように相互作用するかを説明する非常に成功した理論です。しかし、バリオンのクォーク間に生じる強い結合は、量子色力学の計算を複雑にします。ディバリオンなどのバリオンの束縛状態を考慮すると、計算はさらに複雑になります。

さて、それぞれが3つのチャームクォーク（6種類のクォークの1つであるc-クォーク）を含む2つのバリオン間の力を計算することにより、科学者はチャームクォークと呼ばれるディバリオンの存在を予測しました。

この計算では、チームは大規模な数値計算を使用して量子色力学を解きました。計算には膨大な数の変数が含まれるため、京と北斎の2台の強力なスーパーコンピューターを使用しました。

「計算を完了するためのコストと時間を大幅に削減するスーパーコンピューターにアクセスできたことは非常に幸運でした」と杉浦拓也氏は言います。 「しかし、魅力的なディオメガの存在を予測するのにまだ数年かかりました。」

計算の複雑さにもかかわらず、チャームディオメガはバリオン間の相互作用を研究するための最も単純なシステムです。

研究者たちは現在、Kの後継である富岳スーパーコンピューターで他のエンチャントされているハドロンを研究しています。

「チャームクォークを含む他の粒子間の相互作用に特に関心があります」と杉浦拓也は言います。 「クォークがどのように結合して粒子を形成するのか、そしてどの粒子が存在するのかという謎に光を当てたいと思っています。」

この研究は、Physical ReviewLettersに掲載されました。

著者: Vitalii Babkin