新たな素粒子存在か
宇宙の始まりに迫る
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新たな素粒子存在か欧加速器で予想外のデータ基本理論書き換えも
共同通信社2017年5月12日(金)
生物や星を構成する物質の最小単位素粒子に、これまで想定されていなかった新たなものが存在する可能性を示すデータを欧州合同原子核研究所の実験チームが得たことが11日、分かった。世界最大の加速器を使った実験で測定した。東京大で同日開かれた研究会で報告された。
存在を証明できれば、物理学の基本理論を書き換えることになり、2012年の万物に重さを与えるヒッグス粒子発見に続く、久の明るい話題となる。ただ発見との結論を出すには、まだデータ量が足りないため、チームは引き続き実験を進める方針だ。
国際実験チームは、スイス、フランス国境にまたがる加速器を使って水素の原子核である陽子同士を光速に近い速さでぶつけて、中間子と呼ばれる粒子を多量に作り、壊れていく様子を観測した。
中間子は短時間で壊れ、電子やミュー粒子という素粒子になる。物理学の最も基本的な理論標準理論では、この2種類の素粒子は同じ数だけ生まれると考えられている。
しかし、実験でできた素粒子の数を比較すると、ミュー粒子は電子の6割ほどと少なかった。中間子が壊れる過程で未知の素粒子ができたために、数に差ができた可能性がある。
日本で行われた実験で似たような現象が観測されていることも、存在可能性を示す理由となっている。研究会では、物理学者から結論を出すには日本の実験が重要な役割を果たすなどと意見が上がった。
実験チームの中田達也なかだたつやスイス連邦工科大ローザンヌ校教授はまだ実験的にも理論的にも検討することはたくさんあるが、このようなことが出てくると元気づけられると話している。
生物や星を形作っている物質を細かく分けていくと、分子、原子、原子核と小さくなり、最後にはこれ以上分けられない素粒子になる。これまでに素粒子は17種類見つかっている。加速器は素粒子を探したり、調べたりするための装置で、欧州合同原子核研究所にある1周27キロのが世界で最も大きい。を使った研究には日本を含む世界の物理学者が参加。2012年には17番目の素粒子となる物質に重さを与えるヒッグス粒子を発見したほか、宇宙を満たしているとされる暗黒物質の謎の解明などに取り組んでいる。
生物や星を形作っている物質を細かく分けていくと、分子、原子、原子核と小さくなり、最後にはこれ以上分けられない素粒子になる。これまでに素粒子は17種類見つかっている。加速器は素粒子を探したり、調べたりするための装置で、欧州合同原子核研究所にある1周27キロのが世界で最も大きい。を使った研究には日本を含む世界の物理学者が参加。2012年には17番目の素粒子で、物質に重さを与えるヒッグス粒子を発見したほか、宇宙を満たしているとされる暗黒物質の謎の解明などに取り組んでいる。
スイス国境に巨大トンネル目指すは暗黒物質発見宇宙の始まりに迫る
共同通信社2017年4月27日(木)
138億年前に生まれた宇宙は何でできていて、私たちはなぜ宇宙に存在しているのか。壮大な問いに、スイス、フランスの国境にある欧州合同原子核研究所の研究者が挑んでいる。ここにある世界最大の加速器で、宇宙の始まりビッグバンに近い状態を作り出し、新たにできるこれ以上小さくできない物質素粒子の正体を調べる。答えはその中に隠されているという。研究の最前線をのぞいた。
ヘルメットをかぶり、専用エレベーターで地下100メートルまで降りると、巨大な車輪のような装置が眼前に迫った。1周27キロある加速器の巨大地下トンネルとつながる世界最大の素粒子検出器アトラスだ。
は、水素の原子核である陽子と陽子を電気の力で光速近くまで加速し、衝突させたときに生まれる膨大な素粒子を検出器で測定する仕組み。
実験に参加する浅井祥仁あさいしょうじ東京大教授は中心となる部品の一つ一つが特注品だ。運転中は絶えず誰かが制御室におり、24時間態勢で管理すると説明する。
神の粒子の先へ
は2008年の運転開始後の12年、万物に重さを与え、神の粒子とも呼ばれるヒッグス粒子を発見したことで知られる。
研究者は、2千兆回もの衝突実験を重ね、ヒッグス粒子の痕跡を注意深くより分けた。その難しさを、アトラスと研究でしのぎを削る検出器チームのアルシャナシャルマ博士は世界で1年間に消費されるすしから、一粒だけ性質が異なるコメ粒を見つけるようなものだと例える。
物理学の基本的な理論標準理論で予想された素粒子のうち、最後まで見つかっていなかったヒッグス粒子が発見されたことで理論はひとまず完成した。だが、研究者らはこれで終わりではないと口をそろえる。宇宙が何でできているのか、標準理論だけでは説明がつかないからだ。
衝突実験3京回
謎の代表格は、宇宙を満たしているとされる正体不明の暗黒物質だ。銀河の動きから存在が確実視されるが、直接観測はできていない。
目には見えない暗黒物質をどうやって探すのか。粒子のエネルギーは通常、衝突の前と後で変化することはない。もし大幅に足りなければ、検出器をすり抜けた未知の粒子、すなわち暗黒物質が存在すると推定できる。
研究者は今後、衝突頻度を増やす改造工事を進め、こうした宇宙の謎に挑む。16年に4千兆回だった衝突頻度を、20年代後半には7倍以上の年間3京回に増やす予定だ。
ヒッグス粒子発見の発表当時、多くの研究者がつめかけた部屋は、静まりかえっていた。再び、世紀の大発見が報告される日を待ちたい。
欧州合同原子核研究所
1954年に設立され、加速器を使って素粒子の基本法則を探求している。職員数は2500人。
これとは別に、世界の研究者1万3千人が利用。各地の研究者が瞬時に同じ情報にアクセスできるよう計算機部門の研究者が90年代にインターネットのウェブを発明したことでも知られる。2017年1月段階の加盟国は、ドイツ、フランス、英国など22カ国。日本や米国はオブザーバーとして参加している。
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