ハイパー核

ハイパー核とは

ハイパー核とは、通常の原子核を構成する核子（中性子と陽子）に加えて、ハイペロンと呼ばれるストレンジクォークを含むバリオンを含んだ原子核の総称です。素粒子物理学において、接頭語「ハイパー」はストレンジクォークを含む粒子に使われます。

ハイペロンの種類

ハイペロンは、アイソスピンとストレンジクォークの数によって分類され、以下の種類が存在します。

Λ (ラムダ)
Σ (シグマ)
Ξ (クシー)
Ω (オメガ)

これらのハイペロンは、陽子や中性子と合わせてバリオン八重項を構成します。しかし、核子と異なり、ハイペロンの寿命は非常に短く、ナノ秒（ns）以下です。そのため、ハイパー核は不安定であり、通常は安定した状態で存在できません（ただし、中性子星の内部では安定な状態で存在すると考えられています）。

ハイパー核の研究

ハイパー核の研究は、主に以下の情報を得るために行われます。

1. YN相互作用: ハイペロンと核子の間に働く強い相互作用（強い力）を指します。NN（核子-核子間）相互作用はすでに良く調べられていますが、YN相互作用はハイペロンの種類によって異なり、斥力となるものも存在すると予想されています。YN相互作用の研究は、強い相互作用の解明に大きく貢献すると期待されています。
2. 核構造: 原子核の内部構造を理解するための研究です。核子とは異なる量子数を持つハイペロンは、パウリの排他律を受けないため、原子核の深部に束縛される可能性があります。ハイペロンが核内のどこに束縛されるかを調べることで、核構造の解明に役立ちます。

ハイパー核分光

ハイパー核の研究手法として、ハイパー核分光があります。これは、生成されたハイパー核のエネルギー準位を調べるもので、分光学になぞらえたものです。主に行われている実験は、以下のハドロン相互作用を利用したものです。

π+ + n → K+ + Λ
K- + n → π- + Λ

また、電磁相互作用を利用した以下の反応も用いられます。

γ + p → K+ + Λ

（ここでγは仮想光子であり、実際には電子ビームを原子核と相互作用させて生成します。）

これらの反応の初期状態と終状態の粒子のエネルギーと運動量を測定することで、エネルギー・運動量保存則からハイペロンのエネルギーを求めることができます。

ハイパー核ガンマ線分光

ハイパー核中のハイペロンは、基底状態だけでなく励起状態にも存在します。励起状態から低いエネルギー状態に遷移する際に放出されるガンマ線を正確に測定する研究は、ハイパー核ガンマ線分光と呼ばれています。

ハイパー核の研究は、素粒子物理学において重要な役割を果たしており、原子核の構造や強い相互作用の理解を深める上で不可欠なものとなっています。

外部リンク

(e,e'K+)反応を用いたラムダハイパー核の研究
* 高分解能ハイパー原子核ガンマ線分光学

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