元スレ【物理学】新粒子「ダイオメガ」－スパコン「京」と数理で予言するクォーク6個の新世界－ 理化学研究所［05/24］
物理news覧 / PC版 / みんなの評価 :
1 :
理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター量子ハドロン物理学研究室の権業慎也基礎科学特別研究員、
土井琢身専任研究員、数理創造プログラムの初田哲男プログラムディレクター、
京都大学基礎物理学研究所の佐々木健志特任助教、青木慎也教授、
大阪大学核物理研究センターの石井理修准教授らの共同研究グループ※「HAL QCD Collaboration[1]」は、
スーパーコンピュータ「京」[2]を用いることで、新粒子「ダイオメガ（ΩΩ）」の存在を理論的に予言しました。
本研究成果は、素粒子のクォーク[3]がどのように組み合わさって物質ができているのかという、
現代物理学の根源的問題の解明につながると期待できます。
クォークには、アップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、ボトム、トップの6種類があることが、
小林誠博士と益川敏英博士（2008年ノーベル物理学賞受賞）により明らかにされました。
陽子や中性子はアップクォークとダウンクォークが3個組み合わさって構成されており、
3個のストレンジクォークからなるオメガ（Ω）粒子も実験で観測されています。
3個のクォークからなる粒子（バリオン[4]）は、これまで多数見つかっていますが、
6個のクォークからなる粒子（ダイバリオン[5]）は、
1930年代に発見された重陽子（陽子1個と中性子1個）以外には見つかっていません。
今回、共同研究グループは、2個のΩ粒子の間に働く力を「京」を用いて明らかにし、
ダイオメガ（ΩΩ）の存在を予言しました。
これは、6個のストレンジクォークだけからなる最も奇妙なダイバリオンであり、
重陽子の発見以来、約1世紀ぶりとなる実験的発見が期待できます。
本研究は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』に掲載されるのに先立ち、
オンライン版（5月23日付け：日本時間5月24日）に掲載される予定です。
■背景
－南部博士のバトンをつなぐ、クォーク・バリオンの研究－
私たちの身の回りの物質は全て、
「クォーク」と「レプトン[6]」（電子やニュートリノなど）と呼ばれる素粒子からできています。
陽子や中性子、そしてオメガ（Ω）粒子など3個のクォークから構成される粒子は「バリオン」と総称されています。
また、バリオンが複数集まったものが原子核です。
特に、二つのバリオン（クォーク6個）からなる最も簡単な原子核は「ダイバリオン」と呼ばれます。
ダイバリオンは実験的には、重陽子（陽子１個と中性子１個の結合状態）が1930年代に発見されたのみであり、
それ以外のダイバリオンは現在に至るまで観測されていません（図1）。
クォークの運動を決める基礎理論は、南部陽一郎博士（2008年ノーベル物理学賞受賞）によって提唱された「量子色力学[7]」です。しかし、量子色力学の基本方程式を紙と鉛筆だけで解くことは、理論物理学の最先端手法をもってしても困難です。ケネス・ウィルソン博士（1982年ノーベル物理学賞受賞）は、この困難を解決する「格子ゲージ理論[8]」を提唱しました。その後、この理論に基づいた大規模数値シミュレーションを行うことにより、量子色力学の直接計算が可能になりました。さらに、2007年に石井理修准教授、青木慎也教授、初田哲男プログラムディレクターは、格子ゲージ理論を用いて、2個のバリオンの間に働く力を明らかにする新しい方法を提案しました注1)。これにより、量子色力学から直接ダイバリオンの研究を行う道が拓かれましたが、ダイバリオンについての現実世界のシミュレーション[9]は、当時の理論手法とスーパーコンピュータの性能では不可能でした。
図：スーパーコンピュータ「京」（左）とダイオメガ（ΩΩ）のイメージ図（右）
理化学研究所 http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180524_1/
続く）
2 = 1 :
続き）>>1
■研究手法と成果
－スパコン「京」と「HOKUSAI」が解き明かしたクォーク6個の新世界－
共同研究グループは、石井准教授、青木教授、初田プログラムディレクターの方法を発展させ、
現実世界でのダイバリオンの研究を初めて成功させました。
本研究の鍵となったのは、「理論手法の発展」、「計算アルゴリズムの開発」、
「スーパーコンピュータの性能向上」の三つです（図2）。
まず「理論手法の発展」では、時間依存型HAL QCD法[10]という新手法の確立により、
数値計算誤差を指数関数的に縮小させることに成功しました。
また、陽子や中性子だけでなく、Ω粒子を含む多種多様なバリオンの間に働く力を計算できるように理論を拡張しました。
「計算アルゴリズムの開発」では、複雑に絡み合うクォークの運動を高速で計算できる、
統一縮約法[11]という独自の数値計算アルゴリズムを開発し、
これまで難しかった大規模数値シミュレーションを可能にしました。
これら新しい理論手法と計算アルゴリズムに基づき、理研のスーパーコンピュータ「京」や「HOKUSAI」などを用いて、
初めて現実世界でのバリオン間に働く力を計算しました。
この計算は、最先端のスーパーコンピュータでなくては実現困難なもので、それでも約3年の歳月を要しました。
今回のシミュレーション結果の一つとして、2個のΩ粒子間に働く力に興味深い振る舞いが発見されました。
2個のΩ粒子をだんだん近づけていった場合、0.3×10-13cm程度まではお互いに引き合いますが、
それ以上近づくと、強く反発し合うことが分かりました（図3）。
さらに、この引き合う力のおかげで、2個のΩ粒子が結合状態を作る可能性が示されました。
また、この新粒子「ダイオメガ（ΩΩ）」は、重陽子とよく似た性質を持っていることが明らかになりました。
重陽子は陽子１個と中性子１個が弱く結合し、陽子と中性子が空間的に離れて運動しています。
ダイオメガも2個のΩ粒子が弱く結合し、Ω粒子同士が空間的に大きく離れて運動していることが分かりました（図4）。
これは、ダイオメガが重陽子と同様に、
ユニタリー極限[12]近傍という非常に結合が壊れやすい特殊な状態になっていることを意味しています。
■今後の期待
－スパコンと数理によるダイバリオン研究の幕開け－
本成果により、2個のΩ粒子からなる新粒子「ダイオメガ」が現実世界に存在する可能性が明らかになりました。
この予言を受けて、今後、世界各地で行われる重イオン衝突実験[13]により、
重陽子の発見以来、約1世紀ぶりとなるダイバリオンの新発見が期待できます。
また本研究では、現実世界で、量子色力学からバリオンの間に働く力を導出することに初めて成功しました。
今後は、「京」を用いて行った多種多様なバリオン間の力に関する大規模数値シミュレーション結果を発表し、
6個のクォークが織りなすダイバリオンの世界を明らかにする予定です。
スパコンと数理により、クォークがどのように組み合わさって物質ができているのかという、
現代物理学の根源的問題の解明につながると期待できます。
理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180524_1/
4 :
見つかると何かいいことあるん？
5 :
新粒子なんて幾らでも発見できる。
けど、ヒッグス粒子の発見で標準理論は完成しいる。
あらたな粒子と言っても雑魚だ。
6 :
プロジェクト終了の領収書としてはピンと来ないね
8 :
スパコンに頼っといて威張るのかよ
10 :
これ、何の役に立つん？
アホみたいやな
PEZYの斎藤と変わらんやん
12 :
>>10
頭悪そ
13 :
【核を無力化、プーチン】 アメリカには無敗の核戦力 ←＜光の勢力＞→ ロシアには無敵の光熱兵器!?
http://rosie.5ch.net/test/read.cgi/liveplus/1527039267/l50
14 = 5 :
>>5
喩えてみれば、
元素の周期表は完成している。その周期性の理由も解っている。
ニホニウムみたいな新しい元素も出来ているが、大して重要なことじゃない。
15 :
これは物理学つーよりクォーク化学じゃないか。
16 :
>>14
ニュートンの引力理論は完成している
惑星の軌道を細かく観測するのに金と労力をかけるなどまったく重要なことじゃないキリッ
＞水星の近日点移動の大部分はニュートン力学の計算で説明できる。ところが 574 秒の内の 43 秒だけがどうしても説明できないまま、19 世紀半ばから何十年もの間、ずっと謎として残っていたのだった。
＞今までに合成された元素はすぐに消えてしまうので使えないのですが、もしすぐに消えなかったとすれば大発見です。自然界に長時間存在し得る新しい超重元素が誕生すれば、原子力の世界が一変する可能性を秘めています。
そして、その元素に万が一「安定同位体（放射線が出ない）」が存在すれば、世界が変わるレベルの発見となります。役に立つどころの話ではありません。
「奇跡的に安定するかもしれない元素がある」ということであり、新元素の合成の究極の目標はその「奇跡的に安定する元素を発見する」ことにあります。
安定すると言っても崩壊するまでの時間が長いだけで、鉛等に比べると不安定な放射性物質にはなると予測されていますが、それでも一瞬で崩壊しないだけで奇跡です。原子のしくみを理解する手助けになることは間違いありません。
小さいけれども様々な可能性を秘めているのが新元素の合成なのです。
こういう常識的な話をまったく知らず、調べることも出来ません。
17 :
標準理論にはキリがないと思ってる。
元素や原子が最小単位だとおもってた時期もあったろ?
標準理論が完璧、完全でない限り、いくらでも新粒子は出せるはず。
18 :
小保方（ΩΩ）
19 = 5 :
>>16
物理法則に貢献するのか、利用技術に貢献するのかは別のもの。
・水星の近日点移動はニュートン力学の理論に関わるもの。
・安定同位体の発見は、よく知らんが、多分、利用技術に関わるもの。
20 :
大じゃなくdi(二個)と言う意味なのか＞ダイ
ならば重粒子として安定して存在もありうるな
なんとなくグリセリン結晶の発見エピソードのように
「『ある』とヒトが認識した以降はそれまで幾ら工夫しても作れなかったものが安定して存在するようになった」
パラダイムシフトの例として語られる歴史的転換点に今居るのかもしれない
21 = 5 :
>>17
新粒子は自然の営みから出るもの。理論が完璧か否かとは関係ない。
今回の予言は、標準理論に変更を求めるのではなく、標準理論から導き出されたんでしょ。
22 :
これもいいがアルツハイマーの治療薬にスパコン使ってよ
23 :
84年前の少女たちが「今の女子高生と同じ姿」と衝撃走る（動画）
24 = 17 :
>>21
理論自体はより大きい群に対するゲージ理論として拡張できる。拡張が正しく成立してるなら素粒子も増える。
万物の理論 - Wikipedia
万物の理論とは、自然界に存在する4つの力、すなわち電磁気力・弱い力・強い力・重力を統一的に記述する理論の試み。
このうち、電磁気力と弱い力はワインバーグ・サラム理論(電弱理論)によって電弱力という形に統一されている。
電弱力と強い力を統一的に記述する理論は大統一理論と呼ばれ、現在研究が進められている。
最終的には重力も含めた全ての力を統一的に記述する理論が考えられ、これを万物の理論または超大統一理論という。
ハドロンの分類図、SU(3)の図
標準理論について話そう。様々なものがこれに基づいて見つかっている。
さて、自然界の力には重力、電磁気力、弱い力、強い力がある。
さて、標準理論が重要だと考えているのは、それがゲージ理論だからだ。
対称性の群に基づいて力の性質を説明する。
例えば電磁気力はU(1)という群を使っている。みんなが知っている群だ。円だ。
弱い力はSU(2)、強い力はSU(3)。
http://nam-students.blogspot.jp/2015/12/su.html
ゲージ理論 - Wikipedia
ゲージ理論とは、連続的な局所変換の下でラグランジアンが不変となるような系を扱う場の理論である。
ゲージ理論は、素粒子を記述する場の理論として成功している。
量子電磁気学はU(1)対称性に基づく可換ゲージ理論であり、ゲージボゾンを光子として持つ電磁ポテンシャルがゲージ場である。
標準模型は U(1) × SU(2) × SU(3) 対称性に基づく非可換ゲージ理論であり、
1つの光子、3つのウィークボソン、および 8つのグルーオンの合計 12 のゲージボゾンを持つ。
ゲージ理論は重力を記述する一般相対論においても重要な役割を持つ。
ゲージ対称性は、一般相対論の一般共変性の類似と見なすことができ、そこでの座標系は任意の時空の微分同相の下に自由に選択することができる。
1954年に楊振寧とミルズは核子の強い相互作用を説明するモデルを提唱した。
彼らは、電磁相互作用のU(1)対称性の理論を一般化して、陽子と中性子のアイソスピンSU(2)対称性に基づいた理論を構築した。
このモデル自体は実験と整合しなかったが非可換対称性に基づくヤン＝ミルズ理論として多くの理論の原型となった。
このアイデアは後に、弱い相互作用と電磁相互作用を統一する電弱相互作用への応用が見いだされた。
さらに、非可換ゲージ理論は漸近的自由性と呼ばれる特徴を再現できることが判明したことで、ゲージ理論はより魅力的なものとなった。
ゲージ理論は、量子電磁力学 (QED) 、量子色力学 (QCD) およびワインバーグ＝サラム理論の基礎をなしている。
さらに、電磁相互作用、弱い相互作用および強い相互作用を統一する標準模型はゲージ理論の言葉で記述されている。
25 :
一方京より速いと自慢していた中国のスパコンでは・・・www
26 :
その気になれば核を超えるクォーク爆弾作れそうだな
27 = 17 :
「Ｅ８理論」は究極の「万物理論」になるのか？
Spin（1、3）群に基づく重力理論とSpin（10）群に基づく有望な大統一理論を、単一のリー群Spin（11、3）に統合するのは自然な流れであり、これは重力大統一理論をもたらす。
この考え方は、イタリアのトリエステにある国際高等研究大学のベルカッチとフェラーラ大学のネスティにより2009年に提案され、究極の「万物理論」に近いところまで私たちを連れて行ってくれる。
Spin（11、3）群には64のフェルミ粒子のいくつかのブロックがあり、驚くべきことにそれらのスピンと電荷、弱電荷、強電荷を完全に予言する。
Spin（11、3）群のファイバー束の曲率は、重力やその他の力、ヒッグス粒子の力学を正しく記述する。
それは宇宙の暗黒エネルギーを説明する宇宙定数をも含んでいる。万事がうまく収まっているのだ。
E８への埋め込み：
部分的に解かれた標準モデルと重力のパズルを眺めていると、すべての粒子の各種チャージが、数学の世界で最も複雑な構造として知られている「例外リー群Ｅ8」の形に適合することがわかる。
E8群には、ミラー粒子やこれまで発見されていない力を伝えるボース粒子などの新粒子も含まれる。
粒子のこのすばらしい配置は、おそらくすべての数学の中で最も美しい構造を持つ、最大の単純例外リー群E8の部分群であることを表している。
標準モデルの64のフェルミ粒子を持ち、これらのスピンまでも再現するSpin（11、3）重力大統一理論の構造は、E8群にすべて含まれている。
E8群には、重力と標準モデルの粒子に加え、Ｗ’ボソン、Z’ボソン、Ⅹボソン、豊富なヒッグス粒子の組、ミラー粒子と呼ばれるフェルミ粒子、宇宙の暗黒物質の候補であるアクシオンが含まれている。
さらに興味深いのはE8群の持つ「トライアリティ」と呼ばれる対称性だ。
E8理論は、ヒッグス粒子とは何か、重力などの力が対称性の破れからどのように現れるのか、なぜフェルミ粒子が特定のスピンとチャージを持って存在しているのか、
すべての素粒子はなぜ観測されているような相互作用をするのかを教えてくれる。
E8への埋め込みにより、すべての力や既知の物質粒子、宇宙の暗黒物質を説明する可能性を秘めた新粒子のそれぞれのファイバーが、この上なく美しい1つの幾何学の構成要素であることが示唆される。
E8はその各部を関係づける「トライアリティ」と呼ばれる特別な対称性を持つ。
E8理論が正しいなら、それが予言する粒子はLHCで検出されることだろう。
いずれにしても、実験家が発見するいかなる粒子も、ウェイトダイアグラム上に居場所を得て、私たちを自然界の核心に存在する幾何学的構造へと導いてくれるだろう。
仮に宇宙の構造が、素粒子の極微のスケールでE8理論によって記述されていることが確認された場合、
それは完全な統一が成し遂げられたことになり、私たちは「例外的に」美しい宇宙に住んでいるのだという満足感に浸ることだろう。
そこでは248の円の組がこの上なく美しい方法で互いに巻きつき、可能なすべての仕方で時空間にわたって回転し、躍動しているのである。
https://blog.goo.ne.jp/sonokininatte55/e/68aee517ccfcfa41139a8d9b934901ce
28 :
変形合体しそうな名前
29 = 17 :
加速器実験は、標準理論が間違ってる、完璧ではない事を発見するためにやってる面あるだろ?
日経サイエンス 2018年6月号
特集 ポスト標準モデルへの手がかり編集部
素粒子物理の枠組みである「標準モデル」は，粒子と反粒子の微妙な違いを説明する「小林・益川理論」と，
万物に質量を与える「ヒッグス機構」の正しさが大型加速器を用いた実験で認められたことで最終的に確証された。
しかし，標準モデルでは説明がつかない部分も多いため，世界各国で標準モデルを超える理論の探索が本格化している。
中でも注目度が高いのは，ヒッグス機構を検証した加速器LHCを使ったLHCb実験だ。
ビューティークォークを含むB中間子の崩壊の観測から，ポスト標準モデルにつながる可能性がある手がかりが得られた。
そのライバル実験となるのが，小林・益川理論を検証したKEKB加速器の後継であるスーパーKEKBを用いたBelleⅡ実験で，近く本格稼働する見通しだ。
http://www.nikkei-science.com/201806_029.html
2018-01-18
高エネルギー加速器研究機構（KEK）のBelle II実験が、標準モデルでは説明できない「新しい物理」の探求を開始する。
http://www.natureasia.com/ja-jp/ndigest/v15/n4/標準モデルの亀裂を探るBelle+II実験/91557
ヒッグス粒子に次ぐ新たなボソン「マダラ」の存在予測｜WIRED.jp 2016.09.26
南アフリカの物理学者のチームが、新しいボース粒子の存在を予想した。
「マダラ・ボソン」と呼ばれ、ダークマターの存在やふるまいを説明する助けとなるかもしれない。
http://wired.jp/2016/09/26/madala-boson/
30 :
>>4
楽天ポイントが２倍になるよ
32 :
予言してやる
りゅうしなんて無限に存在する
34 = 17 :
標準理論は、元素→原子→原子核→素粒子みたいに、どんどん小さくなっていき
キリがないとおもってるので、最初から最小単位がハッキリしてる理論のほうが分かりやすくて良い。
時空の原子を追うループ量子重力理論L. スモーリン（カナダ・ペリメター理論物理学研究所）
私たちは空間も時間も連続したものだと考えているが，実は大間違いかもしれない。
相対論と量子力学の統合を目指す新理論によると，「時空の原子」が存在する。
アインシュタインが果たせなかった難問解決の道筋が見えてきた。
この理論によると，空間は個別の小さな塊からできていて，最小の塊の体積はおよそ１立方プランク長だ。
時間の進みは飛び飛びで，その最小単位はおよそ１プランク秒となる。
ループ量子重力理論は純粋に理論的な研究の成果だが，空理空論ではなく，実際に検証できる可能性がある。
http://www.nikkei-science.com/page/magazine/0404/loop.html
力とは何なのか、物質の根源、存在の秘密とは何なのか、それらを分析しながら、理論の統合を果たしてきた物理学の歴史。
そして、すべての物理法則をひとつに統合・理解できる、シンプルでエレガントな究極の統合理論、最終理論と期待される、超ひも理論の世界。
http://fukuoka.hitotsu.info/info/?cat=5 35 :
なんか、ゆで理論とか
ゆでたまご、とか
1200万パワーってのが頭をグルグルしてる
36 :
超素粒子戦士ダイオメガ！！
37 :
オメガゼロビームよりシグマゼロビームの方が強力。
38 :
ストレンジの６乗は、平々凡々でしたぁー。
39 :
大オメガゼロビーム開発の可能性
40 :
>>19
なにいってんだこいつ
41 :
ペンタクォークの悲劇がまた繰り返されてしまうのか……
42 = 17 :
現行、物理で重要なのは、ゲージ対称性・理論と、双対性理論・予想ではないか。
一般相対性理論も量子力学も、ゲージ理論で具体例だとして一端おいといて。
標準模型や加速器とかはキリがないとおもうから、車いすの学者とかウィッテンとか>>24のNHK特集にでてた人みたいに
理論重視でやったほうがいいんじゃないか。
AdS/CFT対応 - Wikipedia
AdS/CFT対応は、マルダセーナ双対あるいはゲージ／重力双対とも呼ばれ、2つの物理理論の種類の間の関係を予言するものである。
双対性は、弦理論と量子重力の理解の主要な発展の現れである。
注目を浴びている量子重力のアイデアのホログラフィック原理を最もうまく実現している。
ホログラフィック原理は、もともとジェラルド・トフーフトが提唱し、レオナルド・サスキンドにより改善されている。
加えて、強結合の場の量子論の研究への強力なツールを提供している。
S-双対 - Wikipedia
理論物理学では、S-双対(S-duality)は、2つの物理理論の等価のこと。
S-双対性は、古典電磁気学で良く知られた事実、すなわち、電場と磁場の交換の下にマクスウェルの方程式の不変であると言う事実を一般化したものである。
場の量子論で最も早く知られたS-双対の例の一つは、モントネン・オリーブの双対性で、N=4 超対称ヤン・ミルズ理論と呼ばれる場の量子論の 2つのバージョンを関係付けている。
弦理論には多くのS-双対の例がある。
このことは1990年代中期には全ての 5つの整合性をもった超弦理論の全てが、単一の 11次元のM-理論と呼ばれる理論の異なる極限として実現されることを導いた。
ラングランズプログラムとの関係
数学では、古典的なラングランズ対応は、数論を表現論として知られている数学の分野と関連される予想と結果の集まりである。
ロバート・ラングランズにより1960年代遅くに、ラングランズ対応は谷山・志村予想というような数論の重要な予想と関連している。
これは特別な場合としてフェルマーの最終定理を特別な場合として持っている。
2007年からのアントン・カプスティンとエドワード・ウィッテンは、幾何学的ラングランズ対応がモントネン・オリーブ双対性の数学的記述と見なすことができることを示した。
かれらの仕事は、ラングランズ対応が場の量子論のS-双対に密接に関連していて、双方の対象に有効に適用できることを示した。
43 :
ま、吾人が江戸マップのなかを歩いたり、変体仮名を読めるようになったり
変体仮名で書かれた和歌集を解読したりするのと同じくらい楽しいのだろうよ。
何が楽しいんだと言いたくなるもんなあ。
44 :
原子核の固有特性無視して 何が予言だよ
45 :
またか。
あります予言
46 :
>>41
重水素と区別が付かん
ペンタってシンメトリーだから、アリかなと思っていたが
アルゴリズムを変えれば何でもアリなのか
47 :
>>16
クォークのストレンジネスを使い勝手がよくなれば時間の少し先に物体を置ける！
詰まり静止した空間の中に
ポツンと物体を浮かした状態を維持できる。
48 :
ダイオメガって、なんかちょっとすごく臭くて死にそう(´・ω・｀)
49 :
ダイオウイカ
50 :
ストレンジクォーク3個＝オメガ粒子→あるんじゃね？→あった。
ストレンジクォーク6個＝ダイオメガ粒子→あるんじゃね？
こんなの「あるんじゃね？」ってだけならスパコン使わなくても俺でも予言できるわ
みんなの評価 :
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