原子核の内部では、陽子と中性子は静止していませんし、私たちが知っている最も素粒子でもありません。それらは、強力な核力を伝達する粒子であるグルーオンによって結合されたクォークで構成されています。今、 CERNのALICE実験は異常な精度で原子核の内部を観察することに成功し、予想外の何かを発見した: スケールがわずか 0.2 フェムトメートル (10 億分の 2 メートル) の領域に縮小されると、グルーオンは独立した動作を停止するように見えます。
これを達成するために、カンザス大学の科学者たちは、J/ψ と呼ばれる粒子の生成を研究しました。 LHC衝突では、2つの鉛原子核は衝突することなく非常に近くを通過します。その巨大な電磁場は、原子核の 1 つと相互作用して J/ψ 粒子を生成できる光子を生成します。これはプローブのように機能します。 科学者は、グルーオンがどのように生成されるかを観察することで、原子核内のグルーオンの分布に関する情報を得ることができます。 重要なのは、進歩に責任を負う人々が、 Physical Review Letters に掲載されました、核を観察する解像度を変更できます。この場合、彼らは 0.6、0.3、0.2 フェムトメートルの 3 つのスケールを研究しました。後者は陽子の直径の約 4 分の 1 に相当します。
「インコヒーレントな制作を使用した私たちの実験は、ぼやけた画像から高解像度の顕微鏡に移行するようなものです」とダニエル・タピア・タカキ氏は声明で説明している。 解像度を上げることで、より小さな領域を観察し、局所的なグルーオン変動を研究することが可能になります。
そして驚きの事実が現れる。エネルギーが増加すると、グルーオンは増殖する傾向があります。しかし、強力な核力を説明する理論は、十分に高い密度でそれらが互いに再結合し始める可能性があると予測しています。 その時点で、その数は自由に増えなくなります。これはグルーオン飽和として知られているものです。
これを想像しやすいのは、部屋を思い浮かべてみることです。人が少ない限り、もっと導入しても状況はあまり変わりません。でも、混雑しているときは、 それぞれの新しい人が他の人と出会い始め、グループ全体の行動が変わります。。グルーオンも同様の状況に陥る可能性があります。グルーオン同士が非常に接近しているため、集団的な相互作用が優勢になり始めます。
まさにそれが新しいデータが示唆していることだ。 J/ψ 生成は、調査した最小スケールで大幅に減少します。抑制は、約 3 標準偏差と r の統計的有意性に達します。いわゆる核の影だけで説明するのは難しい、異なる核子からのグルーオンが重なり合い、特定の相互作用の確率が減少するという従来の説明です。
ただし、結果は、グルーオン飽和モデルによって予測されたものと同様のパターンに従います。 「このような異常な規模では、グルーオンが集団的に行動し始めているという証拠が見られます」と高木氏は付け加えた。 それは、既知の物理学が機能しなくなったことや、新しい粒子が出現したことを意味するものではありません。高木氏のチームが発見したのは、より微妙な何かである。十分な解像度で原子核を観察することによって、 グルーオンは、もはや独立した粒子として扱うだけでは不十分な状況に入っているようです。
そして、行動がこの実験をはるかに超えて重要であることを理解すること。グルーオン場の強い相互作用とエネルギーは、通常の物質の質量の基本的な部分を担っています。 原子核内でグルーオンがどのように動作するかを理解することは、物質がどのように質量と構造を獲得するかを理解するために不可欠です。
今のところ、結果は手がかりであり、決定的な文章ではありません。しかし、それは、これまでこれほど正確に観察できなかった場所を観察することで得られる手がかりです。 グルーオンは個人のように振る舞うことをやめ、群衆のように振る舞い始めるようです。
