欧州原子核研究機構（CERN）の公式ウェブサイトに25日に掲載された報告書によると、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のATLAS共同チームは、最新の研究で、弱い力の電気的に中性の担体であるZボソンを利用し、記録的な精度（不確実性1％未満）で強い力の強さを決定した。関連する論文が Nature Physics 誌に投稿されました。
素粒子物理学の標準理論では、自然界には強い力、電磁気力、弱い力、重力という 4 つの基本的な力があり、その中でクォークを陽子、中性子、原子核に結合させる強い力が最も強いと述べています。強い力はグルーオンによって運ばれ、その強さは強結合定数と呼ばれます。強結合定数に対する科学者の理解は長年の測定と理論開発を通じて改善されてきましたが、その値の不確実性は依然として他の「仲間」の値に比べて数桁大きいです。
CERNの物理学者で解析チームのメンバーであるステファノ・カマルダ氏は、強い力の強さは標準モデルの重要なパラメータだが、その精度は現時点で数パーセントにすぎず、強い力の15倍弱い電磁力の精度は10億分の1であると指摘した。
強い力の強度測定の精度を向上させるために、ATLAS共同チームは、LHCでの衝突エネルギー8テラ電子ボルト（TeV）の陽子-陽子衝突によって生成されるZ粒子を研究した。 Z ボソンは通常、衝突する陽子の中の 2 つのクォークが消滅するときに生成されます。この過程では、消滅するクォークから放射されるグルーオンを通じて強い力が作用します。この放射は Z ボソンに横方向の運動量を与え、その大きさは強結合定数に依存します。 Zボソンの横運動量の分布を正確に測定し、理論値と比較することで、強結合定数を求めることができます。
最新の分析で、研究チームは、Z ボソンの質量スケールでの強結合定数が 0.1183±0.0009 であると正確に決定しました。この結果の相対不確実性はわずか 0.8% であり、これはこれまでの 1 回の実験における強度の最も正確な測定値です。
研究チームは、強結合定数のより正確な測定が非常に重要であると指摘した。まず、強い力に関連する粒子プロセスの理論計算の精度を向上させることができる。次に、いくつかの重要な未解決の謎を解決するのに役立ちます。たとえば、非常に高いエネルギーでは、すべての基本的な力が同じ強さを持っているかどうか、それらに潜在的な共通の源があるかどうか、特定のプロセスまたは特定のエネルギーで強い力を変化させる可能性のある未知の相互作用があるかどうかなどを推測します。