宇宙の謎解明・粒子を発見?観測で分かる物質は5%!暗黒物質観測中に謎の信号が!

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ビックス粒子確認装置


宇宙の謎解明・粒子を発見?観測で分かる物質は5%!暗黒物質観測中に謎の信号が!

 

宇宙は何からできているのか。

宇宙の約27%を占めるとされる正体不明の暗黒物質=ダークマター 

を観測するイタリアの地下施設が6月、謎の信号を捉えた

専門家は「現時点で暗黒物質の可能性は低い」と明かすが、

落胆の声を予想外の発見がかき消した

この信号の成り立ちに関わる道の素粒子「アクシオン」の兆候かもしれないというのだ。 

アクシオンとは、あるいはアキシオンとは、素粒子物理学において、

標準模型の未解決問題のひとつである

強いCP問題を解決する仮説上で、その存在が期待されている未発見の素粒子である。

冷たい暗黒物質の候補の一つでもある。

ウィキペディア。

私達が今ここにいるのは、体や身の回りのモノをかたち作る物質があるためだ。

ところが宇宙では、観測でわかる物質は全体のわずか5%にとどまる。

アクシオンの兆候をとらえた観測機器!

残りが何かよくわかっていない

古代インドでは「無」から始まったという思想が広まった。

古代ギリシャ人の詩人ヘシオドスは「初めにカオス=混沌 が生まれた」とした。

宇宙の成り立ちという思いは現代科学者に受け継がれたが、

いまだ全ての現象を説明しきれない。

宇宙に何があるのか。

星は電磁波を放ち、観測すればそこにあるとわかる。

暗黒物質は電磁波では見えない。

存在しなくても不思議ではないが、科学者の経験からは「ないと困る」。

風呂場の浴槽で見る渦巻きは、外側が内側よりはゆっくりと回る。

だが銀河では中心近くと外側の回転速度はほぼ同じであることがわかっている。

銀河の形を保つには外側の力と釣り合う「何か」がいる。それが暗黒物質だ。

生まれたての恒星を取り巻く濃いガスの円盤で光の波の向きを

操っているのも暗黒物質の仕業だという説がある。

それには光を曲げる素粒子が必要で、

アクシオンが暗黒物質ではないかと言われるようになった。

人類が築いた物理学の標準理論は17種類の素粒子を想定する。

アクシオンは存在すら危うい素粒子だが「アクシオンがあれば、

絡み合ったひもが解けるかもしれない」

と願う研究者がイタリアの謎の信号に目を輝かせた。

謎の粒子をとらえた?未知の粒子『アクシオン』の可能性!

イタリア中部にあるグランサッソ山の地下で、観測装置が2016~18年に集めた

データーを東京大学や神戸大学が加わる研究グループが解析した。

装置は3.2トンの液体キセノンを貯めている。

未知の素粒子がタンクに飛び込むと、発光したり、信号を出したりする。

観測では様々なノイズが生じるが、53個の信号はノイズとは違うように見えた。

東京大学の宇宙線研究所の森山茂栄教授は「暗黒物質の可能性は低いが、

アクシオンかもしれない」と打ち明ける。

どういう意味か。

仮にアクシオンだとしても、データからは「暗黒物質だとするには重すぎる」という。

実はアクシオンには別のタイプもあり、太陽の中で絶えず生成されている可能性がある。

詳しい分析は必要だが、今回は太陽から飛んできたかもしれないと研究グループは見ている。

暗黒物質の正体は依然としてはっきりしない。

しかし研究グループが待ち望むアクシオンが実在すれば、物理学の世界に激震が走る。

アクシオンは宇宙の謎を解く別の役割も期待されているからだ。

この世は生き物の体や建物の構造のように「左右対称」の存在で満ち溢れている。

ところが極小の素粒子の世界では対称性が崩れる。専門家は「CP対称性の破れ」と呼ぶ。

観測方法によっては対称性を保つ意外な光景があり、

それでもなんとか納得したいと持ち出してきたのがアクシオンだ。

アクシオンはこの世界に物質がわずかしかない理由をひも解く鍵も握る。

宇宙の誕生時、物質と反物質ができた。

反物質は物質と正反対の性質を持つ。

物質と反物質は互いに打ち消しあうが、現実には物質が残った。

だから今でも私達が存在できている。

プリンストン高等研究所の張ヶ谷圭介研究員は「アクシオンの存在が、

物質優勢の世界を作った可能性がある」と指摘する。

今ここの物質と反物質を表すコマ=駒 があるとする。

物質は左に回り、反物質は右に回る。強さや回転数の条件が同じならば、

双方がぶつかれば互いに回転エネルギーを失い止まってしまう。

ここでアクシオンの出番だ。

アクシオンは物質の左回転が強まるよう

加担する一方で、反物質の右回転が弱まるように働く。

いずれ反物質のコマは倒れてしまう。

「こうすることで、物質優勢の世界が出来上がった」張ヶ谷研究員。

暗黒物質の正体は何か。

アクシオンはどんな役割周りを果たすのか。

宇宙だけが答えを知っている

研究グループは観測装置の性能をさらに上げてアクシオンの存在に迫る考えだ。  

日経新聞。矢野摂士。

未知の素粒子!

物理学の現象 説明に必要!

実在するかどうかは確認できないが、

物理学の現象を説明する上で必要になるとみられる素粒子。

素粒子は「それ以上は分割できない」とみなされ、

これまでに17種類が見つかっている。

2013年のノーベル物理学賞の受賞理由になったヒッグス粒子も、

かつては未知の素粒子として検索されていた。 

宇宙が膨張するインフレーションの過程で誕生したと考えられている。

質量を与えるビックス粒子を発見した欧州合同原子核研究機関=CERN や、

東京大学宇宙線研究所などの世界中の研究機関で検索が続いている。  

日経新聞。

 

次にこの件について詳しく検証してみます。

 

 


宇宙の仕組み?謎を解く鍵「ヒッグス粒子」!

宇宙はどんな仕組みで、何で出来ているのか?!謎を解く鍵「ヒッグス粒子」!!

 

[隠れた次元? 宇宙の仕組み? 未知の解明!!]

「宇宙の仕組みを理解する「素粒子物理学」  

宇宙はどのように始まり、これからどうなるのか? 

宇宙はどんな仕組みで、何で出来ているのか? 

そして、私たちはなぜこの宇宙に存在しているのか? 

このような疑問は神話の時代より人類が共通に抱いてきたものです。

素粒子物理学は極微の世界を探求することでその答えを追っています。

素粒子物理学は、宇宙誕生の瞬間へと時間を遡り、宇宙創成の謎、

ひいては、我々を含めた万物の存在そのものの起源を解き明かし、

また、遥か未来、宇宙の行く末をも見通そうとする壮大な試みです。

そして、物質、力、さらには時間と空間をも含めた宇宙の全ての、統一的理解を目指します。

それはアインシュタインが一生をかけて追い求め果たせなかった夢でもあります。

素粒子物理学の究極の目標は宇宙の全てを一つの原理にまとめるこの「統一理論」を完成させることなのです。

「標準理論」  

素粒子物理学者は「理論」と呼ばれる数学的モデルをつくり、理論と実験の両方を突き合わせて

繰り返し検証することで、正しく自然を理解するための理論を磨き上げていきます。

現在広く受け入れられている理論の枠組みが、1960年代後半から

1970年代後半にかけて確立された「素粒子の標準理論」です。

高エネルギー加速器を用いた素粒子の研究は、標準理論」を理論的指針として歩みを進めてきました。

標準理論は、物質を構成する「物質粒子」、それらの間に働く力を媒介する「力の粒子」、

そしてすべての素粒子に質量を与えるという特別な役割を担うヒッグス粒子で構成されています。

素粒子物理学のこれまでの実験結果は、標準理論の予測と非常に高い精度で合致しています。

2012年には標準理論で存在が予言され、唯一発見されていなかった

「ヒッグス粒子」が発見され、標準理論は一応の完成をみました。

しかし、天文観測などから、標準理論では説明できない現象が確認されており、

新たな理論の構築が進められています。

「残された深い謎」  

これまでに発見された素粒子に対して標準理論は素晴らしい成功を収めてきました。

しかし、標準理論で説明できるのは宇宙のわずが5%にすぎません。

宇宙の大半は、未知の見えない物質「暗黒物質(ダークマター)」と、

真空に蓄えられた謎のエネルギー「暗黒エネルギー(ダークエネルギー)」から構成されています。

宇宙初期には、粒子だけではなく反粒子も大量に存在したはずだと考えられています。

しかし、私たちの宇宙はなぜか物質だけで構成されているように見えます。

反粒子はどこに行ってしまったのでしょうか?

その理由もわかっていません。

ダークマターやダークエネルギー、消えた反物質の謎は

標準理論で説明することはできません。

それ以外にも、クォークやレプトンの持つ神秘的なパターンの謎や、

極端に質量の重い粒子や極端に軽い粒子の謎、

力の統一の謎など、まだまだ解明すべき問題があるのです。

つまり、私たちは、宇宙についてまだほとんど知らない、ということです。

これらの謎の重要な鍵を握るのがヒッグス粒子です。

ILCはヒッグス粒子の詳細な解明に最適な実験装置なのです。

「謎を解く鍵「ヒッグス粒子」」 

宇宙誕生の秘密に迫った研究者達! 

標準理論において、素粒子に質量を与える粒子とされている「ヒッグス粒子」は、

1964年にピーター・ヒッグス、フランソワ・アングレール両博士

などによってその存在が予言されていました。

2012年、半世紀を経て、CERNの大型ハドロン衝突型加速器(LHC)の実験で

ヒッグス粒子らしき粒子が観測されました。

世紀の発見です。

翌年、両博士はノーベル物理学賞を受賞しました。

LHCで出現するヒッグス粒子は100億回の衝突で1個でした。

ILCでは160万回の衝突で1個の割合でヒッグス粒子が生成されます。

ILCが別名「ヒッグス工場(ヒッグス・ファクトリー)」と呼ばれる所以です。

多くのヒッグス粒子を生成することで、ヒッグス粒子が他の粒子に姿を変える(崩壊)様子や、

他の粒子との力のやり取り(相互作用)などに関する豊富な情報を取得することができます。

「ILCが指し示す今後の方向性」  

ダークマターやダークエネルギー、消えた反物質の謎、ヒッグスの謎など、標準理論では答えられない

いくつかの深い謎に挑戦する標準理論を超える新しい理論がいくつか提唱されています。

LHCの実験でヒッグス粒子が発見されれば、

どの理論が正しいのか見通しが得られると考えられていました。

しかし、予想に反し、LHCが発見したヒッグス粒子の質量は、

これらの理論のどれにもすんなりとは当てはまらないものだったのです。

そのため、宇宙の仕組みとして三つの可能性が残りました。

謎に対する答えは、それらの可能性のどれが正しいかに大きく依存します。

つまり、今、素粒子物理学は宇宙の認識を劇的に変革させるかもしれない分岐点に立っているのです。

ILCではヒッグス粒子を徹底的に調べることで、これらの可能性のどれが正しいのかを明らかにします。

言い換えれば、ヒッグス粒子を詳しく調べないと、素粒子物理はこの先に進むことはできないのです。

1.新たな次元の道

アインシュタインの相対性理論の基礎となる時空

(縦・横・高さの空間3次元と時間の1次元)の他に、

隠された次元「余剰次元」が存在する可能性があります。

「超対称性理論」では、物質粒子と力の粒子が入れ替わる

「新しい種類の次元」が存在するとも考えられています。

2.新たな階層の道

ヒッグス粒子が素粒子ではなく、複合粒子であるとの

考えをベースにすると、標準理論では想定されていない、

さらに深い自然の階層が存在する可能性が高くなります。

そして、その階層を支配する未知の新しい力も存在することになります。

ILCで非常に精密な測定を実施することで、

新たなより深い階層への突破口が開けるかもしれません。

3.複数宇宙・新しい原理の存在の道

超高性能のILCをもってしても、ヒッグス粒子やトップクォークの

性質に標準理論からのズレが見つからず、

さらに新粒子も発見されなかった場合は、宇宙の法則が

絶妙に調整されている、ということになります。

人間や地球の存在さえ偶然の産物、ということになるのですが、

これに合理的な説明を与える考えのひとつが「複数宇宙の存在」になります。

または、未知の全く新しい原理が存在している可能性も出てきます。

ヒッグス粒子に加え、トップクォークの質量の精密測定を行うことが、

この見極めの鍵になると考えられています。   

ilc 記事より。

 

 

超巨大な検出器!


地底から探る素粒子と宇宙の謎!宇宙から消えた「反物質」!ニュートリノは素粒子のひとつ!

 

[地底から探る素粒子と宇宙の謎]   

地下に設置された世界最大の水チェレンコフ実験装置「スーパーカミオカンデ」

で行われている素粒子ニュートリノの研究を紹介します。

また、宇宙創成の謎の解明をめざす、次世代の超大型水チェレンコフ装置

ハイパーカミオカンデ計画の概要を紹介します。

素粒子から探る宇宙の謎    

宇宙から消えた「反物質」

宇宙が誕生した時、大量の「物質」と「反物質」が同じ量だけ生まれたと考えられています。

「物質」「反物質」とは、鏡に映したように正反対の性質をもつ存在です。

高いエネルギーの光がぶつかるとマイナスの電気を帯びた「電子」とプラスの電気を帯びた

「陽電子」のペアが生まれるように、理論上は同時に生まれ、

出合うと互いに打ち消し合って消滅するものです。

これを「CP対称性」といいます。

ところが、実際の宇宙には「物質」が残り、人間や地球など宇宙そのものが存在しています。

このアンバランスな状態になった謎を解く鍵が、ニュートリノだといわれています。

地底で繰り広げられるニュートリノ研究     

ニュートリノは素粒子のひとつです。

素粒子とは、物質をこれ以上細かくできない最小単位にまでした粒子のことです。

素粒子の標準模型では多くの素粒子の性質が解明されているのに対し、

ニュートリノについてはほとんど解明されていません。

ニュートリノは非常に軽く、電荷をもたないのでほかの物質とはほとんど反応せず、

何でもすり抜けてしまうため、ニュートリノだけを検出して観測するのが難しいからです。

そこで光を通さず、宇宙線の影響が10万分の1になる、地表から1kmの地底に観測所が造られました。

そこに「スーパーカミオカンデ」という世界最大の地下ニュートリノ観測装置を設置し、

太陽などから届くニュートリノを観測できるようにしたのです。

宇宙の研究は緒に付いたばかり

ノーベル物理学賞を受賞した小柴昌俊氏や梶田隆章氏の功績により、

ニュートリノの性質は少しずつ明らかになっています。

なかでも1998年の「ニュートリノ振動」の発見で研究は飛躍的に発展しました。

これでニュートリノが質量をもつことが明らかになったからです。

また、ニュートリノ振動の存在は、「CP対称性の破れ」があることを示唆しています。

これは宇宙の成り立ちを解明する一歩と言えます。

しかし、謎の物質「ダークマター」の正体は未解明であるなど、宇宙はわからないことだらけなのです。     

神戸大学 記事より。

 

 

宇宙の始まりを素粒子実験で解明しよう!!


超巨大加速器LHCで迫る宇宙誕生!高精度の測定装置・その一つが、アトラス検出器!

 

[宇宙の始まりを素粒子実験で解明しよう]     

物質(モノ)を構成する最小の要素を素粒子と呼びます。

古代ギリシャではモノは「空気、土、水、火」からできていると考えたようですが、

現在ではモノはクォークとレプトンを最小要素として構成されており、

これらの粒子が素粒子だと考えられています。

この描像を「素粒子の標準理論」とよび、下の図が標準理論を構成する粒子の図鑑です。

物質を構成する素粒子をフェルミオンと呼び、力の媒介を担うのがゲージボソンです。 

ヒッグスボソンは真空を満たし、素粒子と相互作用をすることで

素粒子に質量を与える特別な粒子です。

ヒッグスボソンは長年未発見でしたが、

後述するLHC実験で2012年にその存在が確認されました。

これらの素粒子の性質を理解し、その相互作用を解き明かすことが素粒子物理学の研究目的です。

[超巨大加速器LHCで迫る宇宙誕生]  

現在の宇宙は宇宙誕生から138億年かけて冷えてきた姿で、

過去の宇宙はとっても熱い、高エネルギーの状態でした。

そこは素粒子の世界だったと考えています。そのような宇宙初期の素粒子は、

人工的に高温状態を作り出してしまえば詳しく研究することができます。

そのカギとなるのが、加速器という実験装置になります。

人工的に宇宙誕生から10-12秒後の高温状態を作り出し、

素粒子のふるまいを理解するための装置が、スイス・ジュネーブの郊外にあります。

それがLarge Hadron Collider(LHC、大型陽子衝突型加速器)です。

LHCは周長27kmを持つ世界最大かつ最強の加速器で、

陽子を光速の99.999999%まで加速することができます。

それらを衝突させることで、宇宙誕生から10-12秒後の状態を再現するのです。

また、このようにして作った素粒子はすぐに多数の粒子に崩壊してしまうので、

それらをきちんととらえるには、高精度の測定装置が必要です。

その一つが、アトラス検出器です。

エネルギーニュートリノ観測施設・アイスキューブ!

アトラス検出器は全長43m・高さ22mの円柱形の検出器で、下図のような構造をしています。

アトラス実験には、世界中から3000人の研究者があつまり、総力で研究を行っています。

信州大学高エネルギー研究室もそのメンバーです。

私は、アトラス検出器の中でもミュー粒子トリガー検出器の運用に長年携わってきました。

トリガーとは何でしょうか? 

実はLHCでは興味のある物理事象が生成する確率はとても低いのです。

ゴミの山から宝探しをするようなものですが、それを効率的に進めるのがトリガーです。

LHCでは、様々な制約からすべての衝突事象を記録しておくことができません。

そのため特別に設計された電子回路を用いたトリガーを通った事象を、

さらに数千台のコンピューターからなる

コンピューターファームで迅速に選別して保存するデータを選び出します。

このようなトリガーはLHCでの研究には必要不可欠なものですが、

各国の大学院生が多く活躍しています。

あなたも大規模国際共同実験で活躍してみません? 

[標準理論の精密検証とそれを超える物理の探索]  

私は、標準理論では最も重たいトップクォークに着目して、 標準理論はどこまで正しいのか?

標準理論を越えた物理現象の探索を行っています。

この図は、素粒子の質量をグラフ化したものです。

トップクォークはとびぬけて重いクォーク(フェルミオン)で、

ヒッグスボソンやゲージボソンなどのボソンよりも重たいのです。

なぜこれほど重いのかは謎で、素粒子の質量獲得と密接にかかわっていると考えられています。

また未知の重たい素粒子が存在した場合、トップクォークとの強い結合が示唆されるため

トップクォークを詳細に調べることで 未知の素粒子を発見できるかもしれません。

川出 健太郎   物理学コース   講座:高エネルギー物理学分野    

略歴:2014年 名古屋大学大学院理学研究科修了(博士(理学))   2014年 名古屋大学研究員、

2017年 神戸大学特命助教を経て、2019年より現職 専門は加速器を用いた高エネルギー素粒子実験

SOARリンク:SOARを見る

 

 

正体不明の暗黒物質=ダークマター !!


正体不明の暗黒物質=ダークマター!イタリアの地下施設が6月、謎の信号を捉えた!

 

今日のまとめ。

宇宙は何からできているのか。

宇宙の約27%を占めるとされる正体不明の暗黒物質=ダークマター 

を観測するイタリアの地下施設が6月、謎の信号を捉えた。

実は原子はスカスカ!

専門家は「現時点で暗黒物質の可能性は低い」と明かすが、落胆の声を予想外の発見がかき消した。

この信号の成り立ちに関わる道の素粒子「アクシオン」の兆候かもしれないというのだ。 

アクシオンとは、あるいはアキシオンとは、素粒子物理学において、標準模型の未解決問題のひとつである

強いCP問題を解決する仮説上で、その存在が期待されている未発見の素粒子である。

冷たい暗黒物質の候補の一つでもある。

私達が今ここにいるのは、体や身の回りのモノをかたち作る物質があるためだ。

ところが宇宙では、観測でわかる物質は全体のわずか5%にとどまる。

残りが何かよくわかっていない。

生まれたての恒星を取り巻く濃いガスの円盤で

光の波の向きを操っているのも暗黒物質の仕業だという説がある。

それには光を曲げる素粒子が必要で、アクシオンが暗黒物質ではないかと言われるようになった。

実はアクシオンには別のタイプもあり、太陽の中で絶えず生成されている可能性がある。

詳しい分析は必要だが、今回は太陽から飛んできたかもしれないと研究グループは見ている。 

宇宙はどのように始まり、これからどうなるのか? 

そして、私たちはなぜこの宇宙に存在しているのか?

地底から探る素粒子と宇宙の謎!

素粒子から探る宇宙の謎    

宇宙から消えた「反物質」!

地底で繰り広げられるニュートリノ研究     

ニュートリノは素粒子のひとつです。

素粒子とは、物質をこれ以上細かくできない最小単位にまでした粒子のことです。

超巨大加速器LHCで迫る宇宙誕生!

素粒子はすぐに多数の粒子に崩壊してしまうので、

それらをきちんととらえるには、高精度の測定装置が必要です。

超巨大なアトラス検出器!

その一つが、アトラス検出器です。

宇宙のことを調べれば調べるほどわからないことだらけで、

それがいかに宇宙が巨大化がよくわかり、不思議が一杯で!

その次が入り、限りない検索のスパイラルに入り込んでゆくのが、

宇宙の巨大さを知ることになります!

それが夢の実現に繋がるのでしょうか!!

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ABOUTこの記事をかいた人

私はかなり高齢な建築家です。出身は伊豆の湯ヶ島で多くの自然に触れて育ちました。少年時代の思い出も記事になっています。趣味が多くカテゴリーは多義に渡ります。今は鮎の友釣りにハマっています。自然が好きで自然の中に居るのが、見るのが好きです。ですので樹木は特に好きで、樹木の話が多く出てきます。 電子書籍作りも勉強して、何とか発売できるまでになりました。残り少ない人生をどう生きるかが、大事です。