東京大学と高エネルギー加速器研究機構(KEK)の両者は、中性子星などの高密度天体内に存在が示唆される、通常の「ハドロン物質」から「クォーク物質」への連続的な変化である「ハドロン-クォーククロスオーバー」の仕組みを説明する理論構築に成功したと、7月24日に共同発表した。

同成果は、東大大学院 理学系研究科 物理学専攻/クォーク・核物理研究機構の田島裕之助教、同・リアン・ハオジャオ准教授、高知大学 教育研究部 自然科学系 理工学部門の飯田圭教授(現・放送大学 教授)、KEK 素粒子原子核研究所 理論センターの古城徹准教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、米国物理学会が刊行する機関学術誌「Physical Review Letters」に掲載された。

陽子や中性子のようにクォーク3つから成る複合粒子は「バリオン」といい、クォークと反クォークの2つから成る「中間子」と合わせてハドロンと呼ぶ。ハドロン物質を極限まで圧縮すると、互いに重なり合い、ハドロン同士の境界が曖昧になる。やがて、ハドロン内に閉じ込められていたクォークが自由に動き回れる、特殊な「クォーク物質」へと変化すると考えられている。

太陽の約8〜30倍もの質量を持つ大質量星が超新星爆発を起こすと、後に中性子星が残る。これは、太陽の約2倍の質量が、わずか半径約10kmにまで圧縮された天体であり、きわめて強い重力も持つ(大質量星が太陽質量の20倍以上の場合、条件次第ではブラックホールになることもある)。

中性子星の中心部などの深部にはクォーク物質が実在すると考えられているが、その強大な重力は実験で再現できるのは不可能なことなどもあり、最深部でどのようにハドロン物質がどのようにクォーク物質へ変化するのかは未解明だった。

この問題の解決策として注目されるのが、相転移を伴わずに連続的に移り変わるハドロン-クォーククロスオーバーだ。クォークとハドロンが共存するクロスオーバー領域では音速が増大するとされ、現在の天体観測結果ともよく整合するが、そのメカニズムは不明だった。またクロスオーバー領域では、バリオンが持つ運動量分布に特定の特徴が現れると予想されていたが、そのミクロな起源も謎に包まれていた。

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（波留久泉）

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