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黑料网素粒子宇宙起源研究所（KMI）／高等研究院の井黒　就平　特任助教（研究当時：兼KEK特別助教/クロスアポイントメント）、高エネルギー加速機研究機構（KEK）素粒子原子核研究所の遠藤　基 准教授（兼KMI特任准教授／クロスアポイントメント）らの研究グループは、「レプトンフレーバー普遍性の破れ」^注3）を検証するための厳密な関係式を新たに発见しました。
素粒子物理学の标準模型は自然界の基本粒子とその相互作用を统一的に记述する理论として高い精度で検証されてきましたが、标準模型では説明できなさそうな现象も存在します。近年注目されているのが、电子やミュー粒子、タウ粒子といったレプトンのふるまいが种类によらず同じであるはずという「レプトンフレーバー普遍性」という性质が保たれていない可能性です。なかでもボトムクォーク（产）^注4）がチャームクォーク（肠）とタウ粒子（&迟补耻;）、ニュートリノ（&苍耻;）に崩壊する现象^注5）において、理论の予测と実験による测定结果の间にずれが报告されています。
本研究では、このような現象に関連して経験的に知られていた複数の粒子の崩壊率の間に成り立つ「和則（sum rule）」の理論的な背景を、重いクォークの対称性という観点から解明しました。とくにΛ_bバリオン^注6）と叠中间子の崩壊を结ぶ厳密な関係式を导出し、将来の高精度実験における理论と観测の照合を助ける新たな枠组みを提示しました。
本研究成果は、2025年5月15日（日本時間）付『Journal of High Energy Physics (JHEP)』に掲載されました。

【ポイント】

?素粒子标準模型^注1)の前提のひとつに「レプトンフレーバー普遍性」があり、电子などの电荷をもつ「レプトン」3种は、质量の违いはあるものの、同じように素粒子反応すると考えられている。しかし近年、この前提に反する兆候が一部の粒子の崩壊过程で観测されており、その动向が注目を集めている。
?素粒子反応ではさまざまなパターンの崩壊が起こるが、その崩壊の割合の間には「和則（sum rule）」とよばれる経験則が知られている。本研究では、この和則の背景に重いクォークの対称性^注2）が潜んでいることを突き止め、异なる崩壊の和则の间に成り立つ厳密な関係式をはじめて理论的に导出した。
?この関係式は、异なる粒子の崩壊现象の整合性を理论的に検証する新たな枠组みを提供し、标準理论の精密な検証と今后の新しい物理の探索に役立つ重要な基盘となる。

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【用语説明】

注1）素粒子标準模型：
物质を构成する基本粒子と、それらの间にはたらく3つの力を统一的に记述する理论体系。これまでの多くの素粒子実験によって高い精度で検証されており、现代の素粒子物理学の基盘となっている。しかし、まだ説明できない现象も残されている。
注2）重いクォークの対称性：
対称性とはある変换を加えても物理法则が変わらない性质のこと。たとえば粒子の种类を入れ替えたり、向きを反転させたりしても结果が変わらない场合、その物理法则には「対称性がある」と言う。素粒子物理では、この対称性が理论の构筑や予言において非常に重要な役割を果たしている。ボトムクォークやチャームクォークなど、质量が非常に大きいクォークでは、运动の违いによる影响が小さくなり、性质が共通化されることがある。この性质を「重いクォークの対称性」と呼び、异なる粒子间での崩壊特性を结びつける理论的な手がかりとなる。
注3）レプトンフレーバー普遍性の破れ：
电子、ミュー粒子、タウ粒子の3种类のレプトンは、本来どれも同じようにふるまうと考えられており、この性质を「レプトンフレーバー普遍性」と呼ぶ。しかし近年、一部の粒子の崩壊において、この3种のレプトンが出现する割合に违いがみられている。これは、标準理论が予想するふるまいと异なるため「ルールの破れ」として注目されている。
注4）ボトムクォーク：
标準模型に含まれる6种类のクォークのひとつで、质量が重いという特徴を持つ。「产」（小文字）と表记する。叠中间子や&尝补尘产诲补;产バリオンなどの粒子に含まれ、これらの粒子の崩壊を详しく调べることで、素粒子理论の検証や标準模型を超える「新物理」の探索に役立つとされている。
注5）ボトムクォーク（b）がチャームクォーク（肠）とタウ粒子（&迟补耻;）、ニュートリノ（&苍耻;）に崩壊する现象：
产&谤补谤谤;肠&迟补耻;惫崩壊。この过程の観测结果が标準模型の理论予测と大きくずれており、未知の粒子や新しい力の存在を示唆する「新物理」の可能性として注目されている。
注6）&尝补尘产诲补;_bバリオン（ラムダ?ビー?バリオン）：
ボトムクォークを含む3つのクォークで构成される粒子。寿命が比较的长く、特定の崩壊パターンを详细に测定できるため、标準理论の検証や新物理の兆候を探る上で重要な役割を果たす。

【论文情报】

雑誌名： Journal of High Energy Physics
論文タイトル： Heavy Quark Symmetry Behind b -> c Semileptonic Sum Rule
著者： Motoi Endo, Syuhei Iguro, Satoshi Mishima, Ryoutaro Watanabe
DOI:

【研究代表者】

【関连情报】