星の進化の過程に深く関わる素粒子 "グザイ"の性質を世界で初めて明らかに。
高エネルギー加速器と写真乾板で 中性子星の構造の謎に迫ります。
私は恒星の最終形態，中性子星の構造解明につながる素粒子を研究しています。中性子星とは，寿命を迎えた恒星が超新星爆発を起こした後に残る星のことで，中性子が詰まっていて非常に密度が高く，角砂糖1個分で数億トンにもなります。ただ，あまりにも密度が高いため，中性子よりも質量が大きい３つの素粒子「ラムダ」，「シグマ」，「グザイ」も一部存在するのではと推定されてきました。
原子核を構成する陽子と中性子は，さらに小さな「クォーク」と呼ばれる素粒子からできており，アップとダウンという２種類のクォークのみで成り立っています。一方，ラムダ，シグマ，グザイは，「ストレンジ」という別のクォークも持っています。これらは「ハイペロン」と総称され，非常に短寿命で，地球上には存在しません。ちなみに，陽子と中性子に加えてハイペロンを含んだ原子核は，「超原子核」と呼ばれます。
ハイペロンは，陽子や中性子と同じく星の進化の過程に深く関わっています。陽子・中性子とハイペロン，そしてハイペロン同士の相互作用が解明されれば，宇宙の進化を知るための貴重な材料となるわけです。
そこで，私たちは平成７年から高エネルギー加速器による実験を始めました。この実験では，ダイヤモンドなどを使ってストレンジクォークを２つ持つ「グザイ」を人工的に生成。そして，グザイが原子核に吸収された時の反応を特殊な写真乾板に収め，その画像からグザイと原子核が描く飛跡の確認作業を行いました。すると，グザイから２つの「ラムダ」ができ，通常の原子核に２つのラムダが結合した超原子核「ラムファ」ができた反応の跡を見つけたのです。これにより，ラムダ同士は結びつく性質があるとわかり，中性子で構成された中性子星には，高い確率でラムダが存在すると立証されました。
その後，ラムダとは反対に，シグマは原子核と反発し合う性質であることが分かり，こちらは中性子星には存在しないだろうと考えられます。
線香花火を思わせる美しい飛跡を見たいという欲求が、物理への探求心に火をつけます。
最後に残されたのがグザイです。グザイの実験では，ラムダの時と同じく写真乾板に飛跡を収め，今度は画像の解析枚数を格段に増やし，根気よく解析を行いました。すると，約８００万枚分の画像の中から，グザイ自体が原子核に結びついた超原子核を発見しました。この飛跡から引力を測定したところ，陽子，原子核とグザイが強く引き合うことが判明。グザイも高い確率で中性子星に存在することが裏付けられ，中性子星の内部構造の解明につながる大きな発見となりました。
私たちはラムダの反応を「長良イベント」，グザイの反応を「木曽イベント」と名付けましたが，こうした超原子核反応による飛跡は，原子核による美しい線香花火を見るようで，物理への探求心を掻き立てられます。この研究では，実験の一番のカギとなる写真乾板の分析に直接関わることができ，学生たちにとっても非常に刺激的な研究環境だと思います。
原子核が２つでき，それがＢ点とＣ点で崩壊している。
２．ラムダの超原子核反応を捉えた「長良イベント」。Ａ地点でヘリウム原子の原子核にラムダを２つ加えた超原子核（DH.）が
できた後，一個のラムダがＢ点で壊れ，もう一個がＣ地点で壊れている。
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