自然界には四つの力が存在する。「重力」と電気や磁石の力である「電磁力」、原子核のベータ崩壊などの原因となる「弱い力」、そして素粒子の間に働いて物質の基本単位を構成する「強い力」。その中で、池田特任助教の研究対象は「強い力」だ。

「強い力」の根本的な粒子は素粒子。「素粒子の中で、主役は『クォーク』。原子核を構成する核子（陽子や中性子）も、クォークからできています。その他に、クォーク同士の間にあって強い力を媒介する役割の『グルーオン』。核子のなかでクォークたちがグルーオンをキャッチボールしあっているとイメージして下さい」 　一つのクォークには3種類ある。電気の世界で電荷に＋−があって打ち消し合うのと同様に、クォークが3種類集まると、強い力を周りに及ぼさない安定した状態になる。量子色力学ではこの3種類のクォークを、分かりやすいように赤・緑・青（光の3原色）に分類する。3種が集まった状態は「白色＝色をもたない状態」だ。
「クォークからできている粒子を『ハドロン』と言います。陽子や中性子などの核子はクォーク3個を持ったハドロン。湯川秀樹博士が予言したπ（パイ）中間子などはクォークと反クォーク（クォークの補色をもつ）の2個によるハドロンです」

ハドロンには、ルールが一つある。「白色」でなければならないのだ。「理論として我々は知っています。で、不思議に思うのは、全部で400ぐらいあるといわれるハドロンのほとんどが、なぜクォーク2個か3個でできているのかです。白になるためには、必ず2個か3個でなければならない必要は全くない。そこで4個、5個以上でできているハドロンを見つけたい」 　4個以上のクォークからなるハドロンを見つけようと、今さまざまなアプローチで研究が行われている。量子色力学の理論は方程式で表現されていて、計算にはスーパーコンピュータを要する。「初めからクォーク6個といった不安定な状態は計算できないので、一度安定な粒子に分け、3個が2組という条件を与えて解くのが我々の方法。3個と3個の間を媒介する力も同時にひき出すことができるし、力の及ぼしあいもトレースできます」。基礎理論から安定粒子間の力を求め、さらにその力を、粒子と粒子をぶつけた時の散らばり方を扱う「散乱理論」に結びつけていく。

2016年に共同研究で、先に実験で存在が予測された「4個のクォークのハドロン」の正体を明らかにした。散乱理論に則って大規模数値シミュレーションを行った結果、4個のクォークからなる新粒子と思われていたZc（3900）が、素粒子なら当てはまるはずの条件を満たしておらず、新粒子とは言えないことを解明した。

●池田陽一（いけだ よういち）
2004年大阪大学理学部卒業。09年大阪大学大学院理学研究科修了、理学博士。09年東京大学大学院理学系研究科特任研究員。10年理化学研究所リサーチアソシエイト。11年日本学術振興会特別研究員（東京工業大学理工学研究科）。12年理化学研究所特別研究員を経て、16年より現職。

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