 |
| 拡大写真 |
| 読売新聞 |
“二つの粒子”は、物理学の最重要テーマで、世界中で発見を競っている。暗黒物質は安定していて壊れないが、ヒッグスは現在の「標準理論」ではすぐに壊れるとされており、新理論はこれまでの定説を覆す。証明されれば宇宙は私たちの感覚を超えて５次元以上あることになり、宇宙観を大きく変える。
ヒッグスは、質量の起源とされ、普段は姿を現さないが、他の粒子の動きを妨げることで、質量が生まれるとされる。一方、衛星の観測などから宇宙は、光を出さず安定した暗黒物質で満ちていると予想されている。細谷教授は、宇宙が時間と空間の４次元ではなく、５次元以上であると考え、様々な粒子が力を及ぼしあう理論を考えた。その結果「ヒッグスは崩壊せず、電荷を持たない安定した存在」となった。
欧州にある世界最大の加速器（ＬＨＣ）では最大の課題としてヒッグスの検出実験が行われる。ヒッグスが不安定なら、崩壊時に観測が可能だが、細谷理論のように安定だと観測できない。ただ、新たな実験手法で検証は可能という。
一方、暗黒物質候補も０９年末、「発見の可能性」が報告されたが、細谷理論と矛盾しないという。
細谷教授は昨年８月に欧州の物理学誌に新理論を発表。秋に来日した南部博士にも説明した。南部博士は「今まで誰も気づかなかった見方で、十分あり得る」と評価したという。
小林富雄・東京大教授（素粒子実験）の話「美しく素晴らしいアイデア。数年で新理論を検証できる可能性がある」
◆標準理論 物質や力の成り立ちを説明する理論。宇宙の四つの力のうち重力を除いた電磁気力や弱い力、強い力を説明する。物質になぜ重さがあるのかを説明する南部博士の理論などが基礎になっている。
ヒッグス粒子
素粒子の多くは質量をもっている。その質量の起源となるのがヒッグス粒子だ。光子などの質量ゼロの素粒子は光速度で走る。宇宙初期の高温状態では，恐らくすべて素粒子の質量はゼロで，光速度で飛び回っていた。宇宙が膨張して冷えてきたある時点で，ヒッグス粒子の場が空間（「真空」）に凝縮した。宇宙が，水蒸気が冷えて水になるような相転位を起こしたと考えられる。素粒子は，この凝縮したヒッグス場と相互作用するようになり，いわば抵抗を受けて光速度で走れなくなった。これは質量を持ったということだ。素粒子の質量はヒッグス粒子との相互作用の強さに比例する。光子などはヒッグス粒子と相互作用しないため，いまでも質量がゼロのままであり，トップクォークなどは，ヒッグス粒子と強く相互作用するため，大きな質量をもつようになった。つまり，真空に充満したヒッグス粒子の場は素粒子を動きにくくして質量を与える役目をする。あえて例えれば，百メートル12秒で走れる人でもプールの中では水の抵抗を受けてゆっくりしか走れない。この水の役割をするのがヒッグス粒子だ。1960年代に英国のヒッグス（P. W. Higgs）博士が， 質量のない素粒子が質量を獲得する「ヒッグス機構」を提唱した。この理論にはシカゴ大学の南部陽一郎博士も大きな貢献をした。
ヒッグス粒子はまだ発見されていない。したがって上に書いた理論は，まだ実験的に検証されていない。30年以上も前から実験家はこの素粒子を発見しようと，さまざまな加速器を用いた実験で血眼になって探索してきた。ヒッグス粒子自身の質量は， CERN（ジュネーブにある素粒子物理研究所）で2000年まで稼働していた電子・陽電子の衝突加速器（コライダー）LEPでの実験によって， 114GeVから約200GeV の間の狭い範囲に絞り込まれている（1GeV は 109電子ボルトでエネルギー＝質量の単位，陽子の質量は約1GeV）。
2008年から衝突エネルギー14,000GeVで本格的に実験が始まるCERNの世界最高エネルギーの陽子・陽子コライダーLHC（Large Hadron Collider）では，ヒッグス粒子の発見が期待されている。LHCでのATLAS実験には素粒子センターと物理学専攻の研究者や大学院生も参加している。LHCでヒッグス粒子は恐らく発見されると考えられているが，次世代の電子・陽電子コライダー（国際リニアコライダーILC）のクリーンな環境での精密測定によって，その背後の物理法則を解きほぐすことになるだろう。
ダークマターとは？
宇宙で目に見える物質はたった４％
宇宙が何でできているかを調べてみると、われわれが知っている、陽子や中性子など”目に見える”（観測されている）物質は全体の約４パーセントにすぎません。その５～６倍は未知の物質（ダークマター）が占めていると考えられます。残りはダークエネルギーと呼ばれている正体不明のものです（図１）。これまで観測に利用されてきたのは、光やX線、赤外線などの電磁波ですが、”暗黒”物質というのは、電磁波での観測では見ることができないため、”暗黒（ダーク）”という呼び名がついています。
ダークマター存在の証拠はいくつもある
ダークマターは様々な観測からその存在が示唆されてきました。1970年代後半、渦巻き銀河の回転速度分布を観測し、銀河内の明るい星や星間ガスではない、光では観測できないが重力を感じる物質の存在を立証しました（図２）。また、非常に重い物質（すなわち大きな重力）があると光が曲げられる、という「重力レンズ効果」からもダークマターの存在を示す証拠が得られています。
宇宙の成り立ちと密接に関わるダークマター
さらに、現在の宇宙は、銀河、銀河団、何もない空洞などが複雑に連なった大規模構造を形作っていることがわかってきました。この成り立ちは次のように考えられています。初期の宇宙のわずかなゆらぎ（図３）からダークマターの密度に差が生じ、密度の濃いところは重力によってさらにダークマターを引き寄せていき、しだいに目に見える物質であるチリやガスも引き寄せ、やがて星や銀河が形成されていきました。このようにダークマターは宇宙の成り立ちに非常に密接に関わっているのです。
観測の成功は新しい物理と宇宙の謎の解明につながる
ダークマターの正体は分かっていませんが、これらの観測事実からいくつかのその性質が推測されます。(1)電荷を持たず、(2)非常に重く、(3)安定である、ことです。このような物質は、現在われわれが知っている素粒子では説明ができません。新しい理論に基づく、未発見の素粒子が必要となります。その候補の一つがニュートラリーノと呼ばれる素粒子です。
われわれの身の回りにもダークマターは１リットル当たり約１個ほど存在すると考えられています。しかし、いまだ実験的に直接捕えられていません。ダークマターの直接観測は、現在の宇宙物理の最も大きな課題の一つです。直接観測に成功すれば、その正体を解明する手がかりが得られます。そして、ダークマターの正体が分かれば、宇宙創成メカニズムの理解が大きく進展すると考えられます。
x＾(｀σ∞ ´э）э 難しすぎてよく判らないので、少し注目してみたい。
ダークマターとヒッグス粒子が同じものだと、5次元以上の世界が拡がると言うことなのだろうか？
誰か、新しい情報を足してくれると嬉しい。
|
| 확대 사진 |
| 요미우리 신문 |
“두 개의 입자”는, 물리학의 최대중요 테마로, 온 세상에서 발견을 겨루고 있다.암흑 물질은 안정되어 있어 망가지지 않지만, 힛그스는 현재의 「표준 이론」에서는 곧바로 망가진다고 여겨지고 있어 신이론은 지금까지의 정설을 뒤집는다.증명되면 우주는 우리의 감각을 넘어 5 차원 이상 있게 되어, 우주관을 크게 바꾼다.
힛그스는, 질량의 기원으로 여겨져 평상시는 모습을 나타내지 않지만, 다른 입자의 움직임을 방해하는 것으로, 질량이 태어난다고 여겨진다.한편, 위성의 관측등에서 우주는, 빛을 내지 않고 안정된 암흑 물질로 가득 차 있을 것으로 예상되고 있다.호소야 교수는, 우주가 시간과 공간의 4 차원이 아니고, 5 차원 이상이다고 생각해 여러가지 입자가 힘을 서로 미치는 이론을 생각했다.그 결과 「힛그스는 붕괴하지 않고, 전하를 가지지 않는 안정된 존재」가 되었다.
유럽에 있는 세계 최대의 가속기(LHC)에서는 최대의 과제로서 힛그스의 검출 실험을 한다.힛그스가 불안정하면, 붕괴시에 관측이 가능하지만, 세골짜기 이론과 같이 안정이라고 관측할 수 없다.단지, 새로운 실험 수법으로 검증은 가능이라고 한다.
한편, 암흑 물질 후보도 09년말, 「발견의 가능성」이 보고되었지만, 호소야 이론과 모순되지 않는다고 한다.
호소야 교수는 작년 8월에 유럽의 물리학잡지에 신이론을 발표.가을에 일본 방문한 남부 박사에도 설명했다.남부 박사는 「지금까지 아무도 눈치채지 못했던 견해로, 충분히 있다」라고 평가했다고 한다.
코바야시 토미오·도쿄대교수(소립자 실험)의 이야기 「아름답고 훌륭한 아이디어.수년으로 신이론을 검증할 수 있을 가능성이 있다」
◆표준 이론 물질이나 힘의 과정을 설명하는 이론.우주의 네 살의 힘 중 중력을 제외한 전자기력이나 약한 힘, 강한 힘을 설명한다.물질에 왜 무게가 있는지를 설명하는 남부 박사의 이론등이 기초가 되어 있다.
히그스 입자
소립자의 상당수는 질량을 갖고 있다.그 질량의 기원이 되는 것이 히그스 입자다.광자등의 질량 제로의 소립자는 광속도로 달린다.우주 초기의 고온 상태에서는, 아마 모두 소립자의 질량은 제로로, 광속도로 날아다니고 있었다.우주가 팽창해 차가워져 온 어떤 시점으로, 히그스 입자의 장소가 공간( 「진공」)에 응축했다.우주가, 수증기가 차가워져 물이 되는 상전위를 일으켰다고 생각된다.소립자는, 이 응축한 힛그스장과 상호작용 하게 되어, 말하자면 저항을 받고 광속도로 달릴 수 없게 되었다.이것은 질량을 가졌다고 하는 것이다.소립자의 질량은 히그스 입자와의 상호작용의 힘에 비례한다.광자 등은 히그스 입자와 상호작용 하지 않기 때문에, 지금도 질량이 제로인 채여, 탑쿼크 등은, 히그스 입자와 강하고 상호작용 하기 위한(해), 큰 질량을 가지게 되었다.즉, 진공에 충만한 히그스 입자의 장소는 소립자를 움직이기 어렵게 하고 질량을 주는 역할을 한다.굳이 비유하면, 백 미터 12초에 달릴 수 있는 사람이라도 풀안에서는 물의 저항을 받아 천천히 밖에 달릴 수 없다.이 물의 역할을 하는 것이 히그스 입자다.1960년대에 영국의 힛그스(P. W. Higgs) 박사가, 질량이 없는 소립자가 질량을 획득하는 「힛그스 기구」를 제창했다.이 이론에는 시카고 대학의 난부 요이치로 박사도 큰 공헌을 했다.
히그스 입자는 아직 발견되어 있지 않다.따라서 위에 쓴 이론은, 아직 실험적으로 검증되어 있지 않다.30년 이상도 전부터 실험가는 이 소립자를 발견하려고, 다양한 가속기를 이용한 실험으로 혈안이 되어 탐색해 왔다.히그스 입자 자신의 질량은, CERN(제네바에 있는 소립자 물리 연구소)로 2000년까지 가동하고 있던 전자·양전자의 충돌 가속기(충돌형 가속기) LEP로의 실험에 의해서, 114 GeV로부터 약 200GeV 의 사이의 좁은 범위에 좁혀지고 있다(1GeV 는 109전자 볼트로 에너지=질량의 단위, 요코의 질량은 약 1 GeV).
2008년부터 충돌 에너지 14,000 GeV로 본격적으로 실험이 시작되는 CERN의 세계 최고 에너지의 요코·요코 충돌형 가속기 LHC(Large Hadron Collider)에서는, 히그스 입자의 발견이 기대되고 있다.LHC로의 ATLAS 실험에는 소립자 센터와 물리학 전공의 연구자나 대학원생도 참가하고 있다.LHC로 히그스 입자는 아마 발견된다고 생각되고 있지만, 차세대의 전자·양전자 충돌형 가속기(국제 리니어 충돌형 가속기 ILC)의 깨끗한 환경에서의 정밀 측정에 의해서, 그 배후의 물리 법칙을 풀게 될 것이다.
다크마타란？
우주로 눈에 보이는 물질은 끊은 4％
우주가 무엇으로 되어 있을까를 조사해 보면, 우리가 알고 있는, 요코나 중성자 등”눈에 보인다”(관측되고 있다) 물질은 전체의 약 4퍼센트에 지나지 않습니다.그 5~6배는 미지의 물질(다크마타)이 차지하고 있다고 생각됩니다.나머지는 다크 에너지로 불리고 있는 정체 불명의 것입니다(그림 1).지금까지 관측에 이용되어 온 것은, 빛이나 X선, 적외선등의 전자파입니다만, ”암흑”물질이라고 하는 것은, 전자파로의 관측에서는 볼 수 없기 때문에, ”암흑(다크)”라고 하는 통칭이 붙어 있습니다.
다크마타 존재의 증거는 얼마든지 있다
다크마타는 여러가지 관측으로부터 그 존재가 시사되어 왔습니다.1970년대 후반, 소용돌이 은하의 회전 속도 분포를 관측해, 은하내의 밝은 별이나 성간 가스는 아닌, 빛에서는 관측할 수 없지만 중력을 느끼는 물질의 존재를 입증했습니다(그림 2).또, 매우 무거운 물질(즉 큰 중력)이 있으면 빛을 굽힐 수 있다, 라고 하는 「중력 렌즈 효과」로부터도 다크마타의 존재를 나타내는 증거를 얻을 수 있고 있습니다.
우주의 과정과 밀접하게 관련되는 다크마타
게다가 현재의 우주는, 은하, 은하단, 아무것도 없는 공동등이 복잡하게 늘어선 대규모 구조를 형태 만들고 있는 것을 알 수 있어 왔습니다.이 과정은 다음과 같이 생각되고 있습니다.초기의 우주의 몇 안 되는 움직임(그림 3)으로부터 다크마타의 밀도에 차이가 생겨 밀도의 진한 곳은 중력에 의해서 한층 더 다크마타를 끌어 들여서 가 차츰 눈에 보이는 물질인 칠레나 가스도 끌어 들여 이윽고 별이나 은하가 형성되어서 갔습니다.이와 같이 다크마타는 우주의 과정에 매우 밀접하게 관련되고 있습니다.
관측의 성공은 새로운 물리와 우주의 수수께끼의 해명으로 연결된다
다크마타의 정체는 알고 있지 않습니다만, 이러한 관측 사실로부터 몇개의 그 성질이 추측됩니다.(1) 전하를 가지지 않고, (2) 매우 무겁고, (3) 안정하는, 일입니다.이러한 물질은, 현재 우리가 알고 있는 소립자에서는 설명을 할 수 없습니다.새로운 이론에 근거하는, 미발 봐의 소립자가 필요합니다.그 후보의 하나가 뉴트라리노로 불리는 소립자입니다.
우리의 신변에도 다크마타는 1리터 당 약 1개 정도 존재한다고 생각되고 있습니다.그러나, 아직도 실험적으로 직접 잡을 수 있고 있지 않습니다.다크마타의 직접 관측은, 현재의 우주 물리의 가장 큰 과제의 하나입니다.직접 관측에 성공하면, 그 정체를 해명하는 단서를 얻을 수 있습니다.그리고, 다크마타의 정체를 알 수 있으면, 우주 창성 메카니즘의 이해가 크게 진전한다고 생각됩니다.
x＾(｀σ∞ ′э)э 너무 어려워서 잘 모르기 때문에, 조금 주목해 보고 싶다.
다크마타와 히그스 입자가 같은 것이라고, 5 차원 이상의 세계가 펼쳐진다고 하는 것인 것일까？
누군가, 새로운 정보를 더해 주면 기쁘다.