国際先導研究
フェムト量子多体系で探る物質の起源～量子時代に輝く人材育成
International Leading Research
Origins of Matter Explored through Femtoscale Quantum Many-Body Systems
--- Nurturing Talent in the Quantum Era
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本研究は、クォーク・バリオン・グルーオンを構成要素とするフェムトメートルスケールの量子多体系に着目し、3つの量子系を横断する新たな研究パラダイムの確立を目指す。現代原子核物理学の中心課題である有効自由度の発現と相互関係の解明に挑み、LHC、JLab、EIC など国際大型加速器施設を活用して3つの量子系に対応する実験と理論研究を統合的に推進する。
従来、独立して発展してきた異なる量子系の研究が連携することで、これまでにない新たな視点が生まれることが期待される。国際共同研究を通じて「物質の起源と進化」の理解を深化させ、学際的かつ俯瞰的視野を備えた「量子時代に輝く研究者」を育成する。
2026年4月3, 4日に東京大学本郷キャンパスにおいてキックオフ会議を開催します。
The kickoff meeting will be held on April 3 and 4, 2026, at the Hongo Campus of the University of Tokyo.
This project focuses on femtometer-scale quantum many-body systems composed of quarks, baryons, and gluons, and aims to establish a new research paradigm that transcends three quantum systems. It addresses one of the central challenges of modern nuclear physics—the emergence of effective degrees of freedom and their interrelations—and promotes an integrated program of experimental and theoretical research corresponding to the three quantum systems, utilizing major international accelerator facilities such as the LHC, JLab, and the EIC.
By fostering collaboration among quantum systems that have traditionally evolved independently, the project is expected to generate unprecedented perspectives and insights. Through international collaboration, it seeks to deepen our understanding of the “origin and evolution of matter” and to cultivate researchers who will shine in the quantum era, equipped with interdisciplinary expertise and a panoramic scientific vision.
フェムトメートルスケールの世界から、「物質の起源と進化」に迫る！
私たちの体や身の回りの物質は、どこから生まれ、どのように現在の姿になったのか。この問いは、現代物理学における根源的な課題の一つである。本国際共同研究は、その答えを探るために、髪の毛の太さの約1兆分の1という極微の世界、フェムトメートル（10⁻¹⁵ m）スケールに踏み込む。このスケールでは、物質は量子力学に支配された全く異なる姿を示し、粒子が集団として振る舞うフェムトスケール量子多体系が現れる。
Exploring the Origin and Evolution of Matter from the Femtometer-Scale World
Where did the matter that constitutes our bodies and the world around us come from, and how did it evolve into its present form? This question represents one of the most fundamental challenges in modern physics. To address it, this international collaborative research project delves into an extremely small world—the femtometer (10⁻¹⁵ m) scale, which is approximately one trillionth of the thickness of a human hair. At this scale, matter exhibits behavior entirely different from that observed in everyday life, governed by quantum mechanics, where particles act collectively to form femtometer-scale quantum many-body systems.
3つの量子多体系と、それを切り拓く3つの国際共同実験
物質の世界は、観測する大きさによって主役となる自由度が変化する階層構造を持つ。本研究では、フェムトメートルの世界に現れる次の3つの量子多体系(図1)に注目し、それぞれを我が国が牽引する3つの国際共同実験によって調べる。
第一に、高温・高密度の極限状態では、物質の最小構成要素であるクォークが自由度の主役となり、クォーク多体系が形成される。この量子系は、CERNで行われている ALICE 実験 により研究され、初期宇宙に存在した高温物質の性質を明らかにする。
第二に、原子核の世界では、陽子や中性子、ハイペロンといったバリオンが集団として振る舞い、バリオン多体系が現れる。この量子系は、米国の Jefferson Lab（JLab）実験 によって精密に調べられ、原子核物質の構造と相互作用の理解を深める。
第三に、クォーク同士を結びつける強い力を担うグルーオンの集団的な性質は、グルーオン多体系として発現する。この量子系は、今後本格稼働する Electron-Ion Collider（EIC）実験 によって初めて精密に探究され、物質内部における力の起源に迫る。
Three Quantum Many-Body Systems and the International Experiments that Explore Them
Matter exhibits a hierarchical structure in which the relevant degrees of freedom depend on the observational scale. This project investigates three quantum many-body systems emerging at the femtometer scale (Fig. 1) through three international collaborative experiments.
A quark many-body system appears under extreme temperature and density conditions and is studied by the ALICE experiment at CERN, revealing the properties of hot matter in the early Universe.
A baryonic many-body system, formed by the collective behavior of protons, neutrons, and hyperons, is investigated through experiments at Jefferson Lab (JLab), advancing our understanding of nuclear matter.
The collective dynamics of gluons give rise to a gluon many-body system, which will be explored with high precision at the Electron–Ion Collider (EIC), providing insight into the origin of forces within matter.
個別研究を越える！ フェムト量子多体系物理学の創成
これら3つの量子多体系は、互いに独立した存在ではなく、ミクロな物質を異なるスケールと視点から見た姿である。したがって、それらの関係性を統合的に理解して初めて、「物質の起源と進化」に迫ることが可能となる。
本研究では、3つの国際共同実験と理論研究が緊密に連携し、個々の成果を横断的に結びつける。これにより、量子多体系に共通する普遍性と、その違いが生じる物理的機構を明らかにし、従来の枠組みを超えた新たな物理学、すなわち「フェムト量子多体系物理学」の創成を目指す。
Beyond Individual Studies: Toward Femtometer-Scale Quantum Many-Body Physics
The three quantum many-body systems are not independent but represent microscopic matter viewed from different scales and perspectives. An integrated understanding of their interrelations is therefore essential to approach the origin and evolution of matter. By closely linking three international collaborative experiments with theory, this project aims to reveal both universal properties and system-dependent mechanisms, thereby establishing a new framework of femtometer-scale quantum many-body physics.
量子時代に輝く研究者を育てる
本国際共同研究は、科学的発見の創出にとどまらず、人材育成においても重要な役割を果たす。ALICE、JLab、EICという異なる実験を横断し、実験と理論を結びつける研究経験を通じて、若手研究者は広い視野と国際的な感覚を身につけることが可能である。
フェムトメートルの世界を舞台に、物質の起源と進化を解き明かすと同時に、将来の国際研究を牽引する「量子時代に輝く研究者」を育成することが、本研究の大きな目的である。
Nurturing Researchers for the Quantum Era
This project contributes not only to scientific discovery but also to human resource development. Through research experiences that connect experiments and theory across ALICE, JLab, and EIC, early-career researchers gain broad perspectives and international competence. In exploring the femtometer-scale world, the project aims to cultivate researchers who will lead future international research in the quantum era.
クォーク、バリオン、グルーオンから構成される
フェムトスケールの量子多体系研究
Femtometer-Scale Quantum Many-Body Systems
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