深層学習×写真フィルムでハイパー核の質量を測定 －ノイズを排除した解析手法で新たな結果を取得－
概要
理化学研究所（理研）開拓研究所齋藤高エネルギー原子核研究室の笠置歩客員研究員（立教大学大学院人工知能科学研究科助教）、齋藤武彦主任研究員、仲澤和馬客員主管研究員（岐阜大学教育学部招へい教員、福井大学附属国際原子力工学研究所客員教授）、立教大学大学院人工知能科学研究科の瀧雅人准教授らの国際共同研究グループは、大強度陽子加速器施設「J-PARC」[1]においてK中間子[2]ビームが照射されたJ-PARC E07実験[3]の写真フィルムデータを、深層学習[4]モデルを駆使して解析し、ハイパー核[5]を検出、その質量を測定する手法を確立しました。
本研究は、深層学習を活用した解析によって、特殊な写真フィルムである写真乾板から最も軽いハイパー核であるハイパートライトン（ハイドロジェン3ラムダ）[5]と次に軽いハイドロジェン4ラムダ[5]を、他種のハイパー核や無関係な飛跡による背景事象（ノイズ）の混ざり込みなく同定し、さらに長年ブラックボックスとなっていた飛跡の長さから粒子の運動エネルギーに変換する式の問題点を定量的に分析したものです。その結果、同じ実験から2種のハイパー核について同時に質量を決定することに成功し、測定解析においてさまざまな原因で発生する系統誤差も定量的に評価を行いました。
測定した質量から算出された束縛エネルギー[6]は、同じ写真フィルムを用いた約50年前の実験で取得された値より若干大きく、現在もハイパー核のデータの多くを占めている過去のデータの見直しが必要である可能性を示唆しています。開発した手法によって多種多様なハイパー核の質量を測定し、束縛エネルギーを高精度で刷新することは、原子核?物質の成り立ちを研究するための強力な基盤となります。
本成果は基礎物理の学術論文誌『Progress of Theoretical and Experimental Physics』（8月20日付）にオンライン公開されました。
論文名
Binding energy of 3ΛH and 4ΛH via image analyses of nuclear emulsions using deep-learning
著者
Ayumi Kasagi, Takehiko R. Saito, Vasyl Drozd, Hiroyuki Ekawa, Samuel Escrig, Yiming Gao, Yan He, Enqiang Liu, Abdul Muneem, Manami Nakagawa, Kazuma Nakazawa, Christophe Rappold, Nami Saito, Masato Taki, Yoshiki K. Tanaka, He Wang, Ayari Yanai, Junya Yoshida, Masahiro Yoshimoto
理化学研究所 開拓研究所 齋藤高エネルギー原子核研究室
基礎科学特別研究員（研究当時） 江川弘行（エカワ?ヒロユキ）（現 最先端研究プラットフォーム連携（TRIP）事業本部研究DX基盤開発チーム 専門技術員）
国際プログラム?アソシエイト（研究当時） イーミン?ガオ（Yiming Gao）
国際プログラム?アソシエイト（研究当時） ヤン?へ（Yan He）
客員研究員 笠置 歩（カサギ?アユミ）（立教大学 大学院人工知能科学研究科 助教）
国際プログラム?アソシエイト（研究当時） エンチャン?リュウ（Enqiang Liu）
国際プログラム?アソシエイト（研究当時） アブドゥル?ムニーム（Abdul Muneem）（現 光量子工学研究センター 中性子ビーム技術開発チーム 特別研究員）
基礎科学特別研究員（研究当時） 中川真菜美（ナカガワ?マナミ）
客員主管研究員 仲澤和馬 （ナカザワ?カズマ）（岐阜大学 教育学部 招へい教員、福井大学 附属国際原子力工学研究所客員教授）
上級研究員（研究当時） 齋藤奈美（サイトウ?ナミ）
主任研究員 齋藤武彦（サイトウ?タケヒコ）
研究員 田中良樹（タナカ?ヨシキ）
客員研究員 ヘ?ワン（He Wang）
大学院生リサーチ?アソシエイト 箭内彩里（ヤナイ?アヤリ）
仁科加速器科学研究センター RIビーム分離生成装置チーム
研究員 吉本雅浩 （ヨシモト?マサヒロ）
東北大学 国際放射光イノベーション?スマート研究センター
准教授 吉田純也 （ヨシダ?ジュンヤ）
立教大学 大学院人工知能科学研究科
准教授 瀧 雅人 （タキ?マサト）
Instituto de Estructura de la Materia（IEM）、CSIC（スペイン）
研究員 クリストフ?ラッポルド（Christophe Rappold）
掲載誌
「Progress of Theoretical and Experimental Physics」
DOI
10.1093/ptep/ptaf097
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研究者情報
仲澤 和馬 客員教授
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