K中間子とキセノン原子核の衝突による狭いバリオン共鳴の生成（DIANA実験）

クォーク４つと反クォーク１つからなるペンタクォークは理論的には存在可能とされている。Diakonov, Petrov, and Polyakovの計算により、Θ+バリオンと呼ばれるuudds~の組み合わせのペンタクォークの性質が予想されている。（ここでは反クォークは末尾に「~」をつけて表記する。）予想される質量は1530MeVで、崩壊幅は15MeV以下。さらに中性子とK+中間子、もしくは陽子とK0中間子に崩壊するとされる。さらに最近の研究では崩壊幅が1MeV以下と示唆される。

今回、ロシア・モスクワのDIANA実験で、以前よりデータ量を増やし、再解析を行った結果、1540MeV付近での狭い共鳴の存在の、より確固な証拠が得られたとしている。だが2009年度のParticle Data Group (pentaquarks)によれば、様々なエネルギー領域でペンタクォークの探索が行われたが、追認されるには至っていない。DIANA Collaborationによると、追認されない理由は、Θ+バリオンの崩壊幅があまりにも小さいため、断面積も非常に小さいことから、検出が非常に難しいからだとしている。

DIANA測定器は液体キセノンで満たした泡箱でできている。外部からの磁場は無し。モスクワITEPの陽子（10GeV）から生成されるK+中間子（850MeV）のビームが入射される。K+中間子は泡箱内でキセノン原子核と衝突を繰り返し、およそ700MeV以下の様々なエネルギーでの反応が観測可能。その様子を写真で取ってフィルムに記録する。

事象の再構築は陽子pと、K0中間子の質量固有状態のK_Sによって行われる。K_Sはpi+とpi-に崩壊するモードで再構成。フィルムの記録では55,000個のK_S -> pi+ pi- が識別された。陽子の飛跡はどうやって識別されたか論文には書かれていないようだが、恐らく崩壊しない真っ直ぐな飛跡を陽子と扱うのだろう。

解析は陽子とK_Sの４元ベクトルを足して、p-K_Sシステムの不変質量m(pK_S)を計算する。次にMonte-Carloシミュレーションで予測されるm(pK_S)を引き算すると、きれいなピークが現れるようだ。（尚、シミュレーションにはΘ+は含まない。）色々とカットをかけてピークの形に影響がないことを確認。これをフィットする。その結果、信号有意性６シグマほどのシグナルが得られた。また、シグナルとバックグラウンドの比から、崩壊幅も得られた。

• 質量 1538±2 MeV
• 崩壊幅 0.39±0.10 MeV （シミュレーションモデルの統計誤差は含まず）

統計誤差の評価のまとめが論文に含まれていないのがやや気になる。

元の論文：arxiv.org/abs/0909.4183