　理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター加速器基盤研究部の西隆博研究員、中間子科学研究室の板橋健太専任研究員（開拓研究本部岩崎中間子科学研究室専任研究員）、奈良女子大学理学部数物科学科の比連崎悟教授、鳥取大学農学部生命環境農学科の池野なつ美講師、大阪大学核物理研究センター核物理理論研究部門の野瀬-外川直子協同研究員らの国際共同研究グループは、π中間子が原子核に束縛されたπ中間子原子の精密測定を行い、真空が空っぽの空間ではなく、見えない構造を隠し持つことを示す実験結果を得ることに成功しました。
　一般に真空は、「空（から）」の空間を意味しますが、現代物理学の理論によると、宇宙がビッグバン以降広がりながら冷えていく過程で、クォークと反クォークの対が空間に凝縮（クォーク凝縮）し、真空を満たした状態です。この理論は物質の質量の起源に関する基礎的理論である一方、実験的な実証が課題でした。クォーク凝縮は直接には観測できませんが、環境の温度や物質密度によって変化し、クォーク凝縮の量が変化したことの影響は観測可能です。
　今回、国際共同研究グループはπ中間子原子に着目しました。原子核の内部は水の100兆倍もの超高密度の環境であり、π中間子の性質の変化を通じて原子核内部のクォーク凝縮の情報が得られます。理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー（RIBF）」を用いて、π中間子原子を大量に生成し精密測定を行いました。そして、原子核の構造に関する最新のデータを組み合わせ、原子核内部のクォーク凝縮の変化量を高精度で評価することに成功しました。得られた結果は、真空を満たすクォーク凝縮の存在を強く示唆しています。
　本研究は、科学雑誌『Nature Physics』オンライン版（3月23日付：日本時間3月24日）に掲載されました。

今回の測定で得られた原子核中のクォーク凝縮の密度と各理論計算の比較

※詳細はプレスリリース（PDF698KB）をご覧ください。

論文情報

＜タイトル＞
Chiral symmetry restoration at high matter density observed in pionic atoms
＜著者名＞
Takahiro Nishi, Kenta Itahashi, DeukSoon Ahn, Georg P.A. Berg, Masanori Dozono, Daijiro Etoh, Hiroyuki Fujioka, Naoki Fukuda, Nobuhisa Fukunishi, Hans Geissel, Emma Haettner, Tadashi Hashimoto, Ryugo S. Hayano, Satoru Hirenzaki, Hiroshi Horii, Natsumi Ikeno, Naoto Inabe, Masahiko Iwasaki, Daisuke Kameda, Keichi Kisamori, Yu Kiyokawa, Toshiyuki Kubo, Kensuke Kusaka, Masafumi Matsushita, Shin'ichiro Michimasa, Go Mishima, Hiroyuki Miya, Daichi Murai, Hideko Nagahiro, Megumi Niikura, Naoko Nose-Togawa, Shinsuke Ota, Naruhiko Sakamoto, Kimiko Sekiguchi, Yuta Shiokawa, Hiroshi Suzuki, Ken Suzuki, Motonobu Takaki, Hiroyuki Takeda, Yoshiki K. Tanaka, Tomohiro Uesaka, Yasumori Wada, Atomu Watanabe, Yuni N. Watanabe, Helmut Weick, Hiroki Yamakami, Yoshiyuki Yanagisawa, and Koichi Yoshida
＜雑誌＞
Nature Physics
＜DOI＞
10.1038/s41567-023-02001-x

【研究成果】"π"で探る真空の秘密 －真空に隠された構造「クォーク凝縮」の精密測定に成功－

概要

論文情報

【研究成果】"π"で探る真空の秘密－真空に隠された構造「クォーク凝縮」の精密測定に成功－