異なるペアで量子もつれがみつかる
2022年ノーベル物理学賞でテーマとなった「量子もつれ」ですが、最近面白い発見があったそうです。
元論文はこちら。
※タイトル画像は上記記事内図より引用。
ようは、
従来と異なる量子もつれパターンを発見し、原子核内分析が一歩進んだ、
という話です。
上記記事内に記載の下図が分かりやすいかもしれません。
量子もつれは、同じ種類の素粒子（光子同士とか）を絡めさせるのが前提かなと思い込んでいたので意外でした。
今回の材料は、金原子が電気を帯びた金イオンを使います。
2 つの金イオンを加速させて近づけます。すると、一方の光子が他方の核内部構造の画像をこれまで以上に詳細に捉えることができたそうです。
そしてその光子は各イオンの核内の素粒子と相互作用し、玉突き現象を引き起こし、最終的に「パイ中間子」と呼ばれる正と負の粒子のペアが生成されます。
そしてなんとこのペアが「量子もつれ」状態にあるということを発見したそうです。
「パイ中間子」とは、日本の湯川秀樹が予言した素粒子です。主にこの功績で日本人としては初となるノーベル物理学賞を受賞することになります。
役割をざっくりいうと、原子核内（電荷としては一見斥力のほうが強そうで、なぜ原子核内の粒同士が固まっているのかが謎だった）を繋ぎとめる力を生むための粒子です。
その後にクォークが発見されると、その結果として生まれる「中間子」として位置付けられてますが、その偉業は色あせていません。
余談ですが、クォークの発見者（モデルを初めて考案した方）は、以前にもファインマン伝記でライバルとして登場したゲル-マンです。
今回も、ファインマン図で説明書きされているので、この二人は本当に美しいライバル（本人たちの感情はともかく）だったのだろうなぁと勝手に妄想してしまいます。
それはともかく、根底にあるのはクォーク同士で相互作用するグルーオンと呼ぶものです。それらを理論的に記述するのが「QCD（量子色力学）」と呼ばれるものです。
初めて見ると「色」という用語に違和感があるかもしれませんが、あまりこだわらず、クォークを分類するための技法と流してよいかなと思います。（一応色の挙動に近いところがあるという背景も）
ちなみに、個人的に素粒子物理を学ぶときに苦労するのが、分類名称が多すぎることです。
整理のため、「素粒子物理の標準模型」をWikiより引用しておきます。
それで、今回の研究の意義について補足しておきます。
元の論文を読むと、今の QCD 計算では、陽子の中にあるグルーオンの分布構造をうまく説明するのが難しいようです。（もう１つクォークが閉じ込められている力の構造も厳密にはまだわかってないようですが、うまく咀嚼できてないので省略）
今回の量子もつれ状態にもなった中間子を測定することで、間接的に原子核内のグルーオン動的分布状況をマッピングすることが可能になり、それらの相互作用を可視化して分析することは、素粒子分野ではとても意義があるようです。
量子もつれの新しい形状の発見がどう進化するのかも含めて、まだまだ発展がありそうでワクワクします。
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