※ 详しい研究内容について（PDF）を一部修正しました（2022年9月6日）
原子核を构成する源の力である核力は、阳子と中性子が比较的离れたときには引力ですが、阳子と中性子が重なり合うような近い距离では大きな反発力（斥力）へと変化します。この神秘的とも言える引力と斥力のバランスのおかげで原子核は自身の引力で溃れることなく安定に存在することができます。しかし、この斥力を生み出すメカニズムの理解は长年の课题でした。
このような短距离では、阳子?中性子の中に闭じ込められた物质の最小単位であるクォークのペアがパウリの排他原理に反して同じ量子状态をとることが起こり得ます。このときにクォーク间に强い斥力が生じると予想され、核力の短距离での强い斥力の一因と考えられています。しかし、このクォークのパウリ原理による斥力の强さは现在まで全く不明でした。ストレンジクォークを含む粒子であるΣ+と阳子との散乱では、2粒子内のアップクォークのスピンの向きをそろえパウリ原理の禁止状态を作ることで、このクォークのパウリ原理による斥力を调べることが可能となります。
このたび七村拓野 理学研究科博士課程学生、三輪浩司 東北大学准教授らの研究グループは大強度陽子加速器施設J-PARCのハドロン実験施設で、このΣ+と阳子の散乱の微分断面积を高精度で测定しました。微分断面积は、どの角度にどれくらい粒子が散乱されやすいかを示す量であり、これは粒子间にはたらく力を敏感に反映します。散乱する2つの粒子が3割程度重なり合うような场合に、核力はまだ引力であるのに対して、Σ+阳子间の力はすでに核力の2倍程度も强い斥力になっていることが、得られた微分断面积を解析することで分かりました。今まで未知であったクォーク间のパウリ斥力の强さを决定したことで、核力の短距离での斥力の理解が一层进むと考えられます。
本研究成果は、基礎物理の学術論文誌「Progress of Theoretical and Experimental Physics」の注目論文(Editors’ Choice)に選ばれ、2022年9月4日に、オンライン公開されました。
図：バリオン间にはたらく力として、核力とΣ+阳子间の力を比べたもの。引力、斥力の强さは色で示している。核力では远方では引力であったものが、1蹿尘（蹿＝フェムトは1000兆分の1）以下の近距离において强い斥力へと変化する。一方で、Σ+阳子间力ではほとんど引力がなく、斥力が核力に比べ非常に强いことが予想されている。（図作成/叁轮浩司）
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【书誌情报】
T Nanamura, K Miwa, J K Ahn, Y Akazawa, T Aramaki, S Ashikaga, S Callier, N Chiga, S W Choi, H Ekawa, P Evtoukhovitch, N Fujioka, M Fujita, T Gogami, T K Harada, S Hasegawa, S H Hayakawa, R Honda, S Hoshino, K Hosomi, M Ichikawa, Y Ichikawa, M Ieiri, M Ikeda, K Imai, Y Ishikawa, S Ishimoto, W S Jung, S Kajikawa, H Kanauchi, H Kanda, T Kitaoka, B M Kang, H Kawai, S H Kim, K Kobayashi, T Koike, K Matsuda, Y Matsumoto, S Nagao, R Nagatomi, Y Nakada, M Nakagawa, I Nakamura, M Naruki, S Ozawa, L Raux, T G Rogers, A Sakaguchi, T Sakao, H Sako, S Sato, T Shiozaki, K Shirotori, K N Suzuki, S Suzuki, M Tabata, C d L Taille, H Takahashi, T Takahashi, T N Takahashi, H Tamura, M Tanaka, K Tanida, Z Tsamalaidze, M Ukai, H Umetsu, S Wada, T O Yamamoto, J Yoshida, K Yoshimura (2022). Measurement of differential cross sections for Σ?p elastic scattering in the momentum range 0.44–0.80?GeV/c. Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2022(9):093D01.
