[七壇科学チャンネル]神の粒子発見六大影響:宇宙は数十億年後に毁滅する可能性

北京時間、3月22日 — 外国メディアの報道によると、物理学者たちは先週の木曜日(3月14日)に、いわゆる「神の粒子」であるヒッグス粒子の確固たる証拠を発見したと発表した。科学者たちは長らくこの謎の粒子の痕跡を探しており、その存在が最終的に確認されれば、大きな影響を与えるだろう。これは欧州原子力センターの大型ハドロン衝突型加速器のATLAS検出器によって得られた粒子経路のシミュレーションマップである。ヒッグス粒子は、2つの陽子が14 TeVという非常に高いエネルギーレベルで衝突し、その後急速に4つのμ電子に崩壊する。これはプローブに吸収されない巨大な電子である。標準模型は素粒子物理学の基本理論だが、予測された粒子はすべて無事に発見されており、ヒッグス粒子だけは沈黙を守っている。 フランスとスイスの国境にある大型ハドロン衝突型加速器(LHC)施設を使い、科学者たちは陽子を光速で27キロメートルの軌道上で衝突させ、関連する実験を行いました。物理学者たちは、ヒッグス粒子が確認されれば少なくとも6つの主要な影響をもたらすと述べています:1.質量起源の謎を解き明かす:物体の質量はどのようにして生まれるのか?この疑問は長らく物理学界を悩ませており、ヒッグス粒子は宇宙のすべての物体における質量の起源に関連していると考えられています。ヒッグス粒子は、理論上宇宙全体に浸透していると考えられているヒッグス場という一種の場に関連しています。宇宙の他の粒子がこの場の中を移動すると、質量という性質を獲得します。それはまるで誰もがプールで泳いでびしょ濡れになるようなもので、濡れることは物体が質量を増やすようなものです。 ハーバード大学の物理学者ジョアン・ギマレス・ダ・コスタはこう述べています。「ヒッグス粒子のメカニズムは、粒子が質量を獲得していく経路や経路を理解することを可能にします。」コスタは、欧州原子力機構(OO)がヒッグス粒子の発見疑いを発表した際、大型ハドロン衝突型(LHC)のATLAS検出装置の標準モデルの代表者でした。彼は「このメカニズムがなければ、すべての物体は質量を失うだろう」と述べました。今回発見された粒子が確かにヒッグス粒子であることを確認すれば、私たちが想定する粒子の質量特性獲得の方法が正しいことが証明されます。カリフォルニア工科大学の物理学教授マリア・スピロプルはこう述べました。「この発見は、量子レベルでの質量源に関する私たちの見解を支持します。これはまさに大型ハドロン衝突型加速器を開発する目的です。これは比類なき偉業です。」その後、さらに深い疑問への手がかりが示されます。なぜこれらの粒子はこの質量を持つのか?この値はどのように決定されるのか?これに対し、ハーバード大学の物理学者リサ・ランドール氏は「これははるかに大きな問題です。ヒッグス粒子がこのプロセスの第一歩であることを確認しれば、さらに前進し、両者は相互に繋がっているのです。」”
2. 標準模型の完成標準模型は現代素粒子物理学の礎であり、宇宙のすべての粒子を記述しています。標準模型で予測されたすべての粒子は、ヒッグス粒子を除いてすでに発見されています。昨年、予備結果が発表された際、CON ATLAS実験装置の科学者ジョナス・ストランドバーグはこう述べました。「これが標準模型の欠けていた環です。もしこの発見が最終的に確認されれば、現在の理解が正しいことが証明されるでしょう。」これまでのところ、科学者たちが発見したヒッグス粒子の疑いは標準模型で予測された性質と一致しているようです。しかしそれでも、標準模型自体は完全ではありません。例えば、重力を含まず、宇宙全体の約98%を占めると考えられているダークマター成分も考慮していません。 アメリカのフェルミ国立研究所CMSセンターの物理学者パティ・マクブライド氏は先週木曜日にこう述べました。「たとえ新たに発見された粒子が標準模型で予測されたヒッグス粒子であることを明確に証明する証拠があったとしても、私たちの宇宙の理解は依然として不明確なままです。」彼は「なぜ重力がこれほど弱いのかはまだ理解できず、巨大なダークマターの存在にも直面しなければならない」と述べました。しかし、48年の歴史を持つこの古典的な理論にとって、完成への第一歩を踏み出したことは歓迎すべき進展です。”
3.電弱相互作用
ヒッグス粒子が電弱相互作用の構成に大きな影響を与えることが確認されました。この相互作用は電磁相互作用と弱い相互作用の統一的な記述であり、どちらも自然界における基本的な力のタイプです。電磁相互作用は荷電粒子間の相互作用を説明し、弱い相互作用は放射性崩壊過程を表します。
自然界のすべての力は特定の粒子に関連しています。例えば、電磁力に関連する粒子は光子であり、これは質量ゼロの特殊粒子です。弱い相互作用力はWとZと呼ばれるボソンに関連しており、どちらも非常に高い質量値を持ちます。これらすべての粒子の質量源はヒッグス粒子によって引き起こされていると考えられています。
CERNのシュランドバーグはこう述べています。「ヒッグス場の概念が導入されると、WとZのボソンはこの場と混ざり合い、この過程で質量を獲得する。」 「彼はこう言いました。『これがWボソンとZボソンに質量を持ち、電磁作用と弱い相互作用という二つの基本的な力を統一し、電弱相互作用を形成する理由です。』”
4.超対称性理論
超対称性はヒッグス粒子の発見にも影響を受けます。この理論は、既知のすべての粒子に「超パートナー」粒子があり、その性質がわずかに異なると考えます。超対称性は非常に魅力的で、自然界の他の基本的な力を統一でき、ダークマター組成の謎を明らかにする可能性もあります。しかし、これまでのところこの理論の見通しは厳しいものです。科学者たちは標準模型で予測されたヒッグス粒子に非常に似た性質を持つ粒子しか発見していませんが、超対称粒子に関連する手がかりは見つかっていません。
5. 大型ハドロン衝突型加速器 \ 大型ハドロン衝突型加速器(LHC)は世界最大の粒子加速器です。この約100億ドルの施設は、地球上で最も強力な粒子加速器施設の創設を目指している欧州原子力研究機構(CERN)に属しています。その中でも、ヒッグス粒子の発見はこの装置の最優先課題の一つに挙げられています。最新発表の結果は、LHCのこれまでの成果を強く裏付けており、この目標達成のために懸命に努力してきた物理学者たちの実り多い成果の最良の証拠です。スピロプロフは昨年の声明で次のように述べた。「この発見は量子レベルで私たちの質量の起源に関する見解を支持するものであり、これこそが私たちが大型ハドロン衝突型加速器を建設した理由です。これは比類のない偉業です。」彼はさらに、「科学者たちはこの瞬間のために、一世代にわたって待ち続けてきました。世界中の大学や研究機関から集まった素粒子物理学者、技術者、エンジニアたちは、今日のこの成果を達成するために何十年もの努力を捧げてきました。今こそ、一旦立ち止まり、この発見の意義を振り返る時です。その後、再び大量のデータ収集と解析作業を続けることができます」と語った。 ヒッグス・ボゾンは最初に1964年、英国の物理学者ピーター・ヒッグスとその同僚によって提案された。この名前の後半部分は、卓越した故インドの物理学者・数学者ボースを記念するためであり、ボースはアインシュタインと共にボゾンの定義を与えた。ボゾンは基本粒子の一種で、主にグルーオンや重力子などが含まれる。これらはフェルミオン同士の相互作用を伝達する役割を担っており、クォーク、電子、中性子などが該当する。フェルミオンは宇宙に存在する別の基本粒子のタイプである。 6. 宇宙の運命 ヒッグス・ボゾンの確認は、科学者たちにこれまで行えなかった計算を行う扉を開くことになる。その中には宇宙の運命に関連する結果も含まれる。ある見解では、宇宙は今後数十億年のうちに崩壊する可能性があるという。 このような計算を行う際、ヒッグス・ボゾン自体の質量は非常に重要なパラメータであり、時空の将来の運命を示唆している。現在の測定値では、ヒッグス・ボゾンの質量は陽子の約126倍であり、この質量値はほぼ臨界点にあり、宇宙が今後数十億年のうちに崩壊に向かう可能性がある。 米フェルミ国立加速器研究所の物理学者ジョセフ・ライケンは、「計算結果は、数十億年後に宇宙が災難に見舞われる可能性があることを示している」と述べた。彼はさらに、「これは、私たちが存在するこの宇宙自体が内在的な不安定性を持っており、数十億年後にはすべてが崩壊することを意味しているのかもしれない」と語った。