プロトニウム

陽子（記号：Pn）[要出典]は、反陽子水素としても知られ、陽子（記号^：p）と反陽子（記号：p）が互いに結合したエキゾチック原子の一種です。 ^[1]

陽子は粒子とそれに対応する反粒子の結合系であるため、オニウムと呼ばれるエキゾチック原子の一種の例です。

陽子の平均寿命は約 1.0μsで、結合エネルギーは-0.75keVである。^[2]

すべてのオニアと同様に、陽子はすべての量子数（重粒子数、フレーバー量子数など）を持ち、電荷が0 に等しいボソンです。

生産

陽子を生成する方法は2つ知られています。1つは激しい粒子衝突を伴う方法で、もう1つは反陽子と陽子を同じ磁気ケージに入れる方法です。後者の方法は、2002年にジュネーブの CERN研究所で行われた実験ATHENA（中性反物質の高精度実験装置）で初めて使用されましたが、実験中に陽子も生成されたことが科学者に認識されたのは2006年になってからでした。^[3]

高エネルギーでの陽子と反陽子の反応により、多粒子最終状態が生じる。実際、このような反応はフェルミ国立加速器研究所のテバトロンなどの粒子加速器の基礎となっている。LEAR（欧州原子核研究機構の低エネルギー反陽子リング）での陽子の間接的な探索では、ヘリウムなどの原子核に衝突する反陽子が使用されたが、結果は不明確であった。10 eVから1 keVの範囲の非常に低エネルギーの衝突により、陽子が形成される可能性がある。

研究

計画されている実験では、低エネルギー反陽子の発生源としてトラップを使用する。このようなビームは、レーザー場にある原子水素ターゲットに衝突し、結合した陽子-反陽子対を励起して、ある程度の効率で陽子の励起状態にする（その計算は理論上の未解決問題である）。結合していない粒子は、磁場で曲げることで排除される。陽子は電荷を帯びていないため、このような磁場では偏向しない。偏向していない陽子は、形成された場合、1メートルの高真空を通過でき、その中で陽子と反陽子の消滅によって崩壊すると予想される。崩壊生成物は、陽子形成の紛れもない証拠となる。

陽子の理論的研究では、主に非相対論的量子力学が使用されてきた。これにより、状態の結合エネルギーと寿命が予測される。計算された寿命は 0.1 ～ 10マイクロ秒の範囲である。電子と陽子のクーロン引力による相互作用が支配的な水素原子とは異なり、陽子の構成要素は主に強い相互作用を介して相互作用する。したがって、中間状態の中間子を含む多粒子相互作用が重要である可能性がある。したがって、陽子の生成と研究は、核子間力の理解にとっても興味深いものとなる。

参照

参考文献

^ Zurlo, N.; et al. (2006). 「真空中での低速プロトニウムの生成」.超微細相互作用. 172 (1–3): 97–105. arXiv : 0801.3193 . Bibcode :2006HyInt.172...97Z. doi :10.1007/s10751-007-9529-0. S2CID 119182686.
^ Abdel-Raouf, Mohamed Assad (2009). 「プロトニウムイオンの結合エネルギー」. Journal of Physics: Conference Series . 194 (7): 072003. Bibcode :2009JPhCS.194g2003A. doi : 10.1088/1742-6596/194/7/072003 .
^ L. Venturelli; et al. (Athena コラボレーション) (2007 年 8 月). 「ATHENA でのプロトニウム生成」(PDF) .核物理学研究セクション B における原子核計測および方法. 261 (1–2): 40–43. Bibcode :2007NIMPB.261...40V. doi :10.1016/j.nimb.2007.04.135.

さらに読む

Battersby, S. (2006年10月13日). 「化学反応で反物質と物質が結合」。New Scientist 。 2015年6月26日閲覧。
Klempt, E.; Bradamante, F.; Martin, A.; Richard, J.-M. (2002). 「低エネルギーでの反核子-核子相互作用: 散乱と陽子」(PDF) . Physics Reports . 368 (2–3): 119–316. Bibcode :2002PhR...368..119K. doi :10.1016/S0370-1573(02)00144-8.
Zurlo, N.; et al. (2006). 「真空中での低速反陽子水素生成の証拠」. Physical Review Letters . 97 (15): 153401. arXiv : 0708.3717 . Bibcode :2006PhRvL..97o3401Z. doi :10.1103/PhysRevLett.97.153401. PMID 17155325. S2CID 36091971.

[1] Zurlo, N.; et al. (2006). 「真空中での低速プロトニウムの生成」.超微細相互作用. 172 (1–3): 97–105. arXiv : 0801.3193 . Bibcode :2006HyInt.172...97Z. doi :10.1007/s10751-007-9529-0. S2CID 119182686.

[2] Abdel-Raouf, Mohamed Assad (2009). 「プロトニウムイオンの結合エネルギー」. Journal of Physics: Conference Series . 194 (7): 072003. Bibcode :2009JPhCS.194g2003A. doi : 10.1088/1742-6596/194/7/072003 .

[3] L. Venturelli; et al. (Athena コラボレーション) (2007 年 8 月). 「ATHENA でのプロトニウム生成」(PDF) .核物理学研究セクション B における原子核計測および方法. 261 (1–2): 40–43. Bibcode :2007NIMPB.261...40V. doi :10.1016/j.nimb.2007.04.135.