ハドロンの重力形状因子

摘要

核子と原子核の内部構造を探るための電気的および磁気的形状因子は、電子散乱で求められる。これと同様に、ハドロンや原子核内部の質量や圧力分布を示す重力形状因子を求めることが、最近のハドロン•トモグラフィー研究の進展により可能になった。重力相互作用は、他の基本相互作用と比較して極端に弱い相互作用であるため、電磁相互作用を直接用いる電子散乱とは異なり、直接的に重力相互作用を使用して重力形状因子を測定することはできない。ところが、ハドロンや原子核の重力相互作用の源である、クォークとグルーオンのエネルギー運動量テンソルの行列要素は、ハドロン•トモグラフィーに用いられる3次元構造関数に含まれており、実験的に研究可能である。3次元構造関数の実験研究は、欧州のCERN-COMPASS，米国のJefferson研究所、Brookhaven研究所、Fermi研究所などで研究が行われている。日本国内においては、この課題に関して、すでにKEKのB中間子研究施設で実験結果があり、J-PARCとILCにおいても可能なプロジェクトである。この研究において、ハドロンの電荷半径と質量半径がかなり異なることが示唆されており、その物理的原因の解明が必要である。3次元構造関数と重力形状因子の研究は、核子スピン起源の研究のみならず、クォーク•グルーオンの自由度によるハドロン質量起源の解明に繋がる。また、重力形状因子から求まるハドロン内の圧力は、中性子星の圧力をはるかに上回る、自然界最高圧力である10~(35)パスカルの現象であるとともに、圧力分布を通じたハドロンの安定性に関する課題であるため、今後の発展が期待される。ニュートン以来、重力の研究はマクロな物体を対象に行われてきたが、クォーク•グルーオンの自由度によるミクロの世界での解明の時代になった。