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https://www.bbc.com/news/science-environment-66407099
フェルミ研究所の科学者が自然の第五の力に迫る
2023年8月10日15時GMT
パラブ・ゴーシュ著
科学特派員
シカゴ近郊の科学者らは、新たな自然の力の存在の発見に近づいているかもしれないと述べている。
彼らは、ミューオンと呼ばれる素粒子が、現在の素粒子物理学の理論で予測されているような振る舞いをしていないことを示すさらなる証拠を発見した。
科学者たちは、未知の力がミューオンに作用している可能性があると考えている。
これらの結果を確認するにはさらに多くのデータが必要となるが、もし検証されれば、物理学における革命の始まりとなる可能性がある。
私たちが毎日経験する力はすべて、重力、電磁気、強い力、弱い力の 4 つのカテゴリーに集約できる。 これら 4 つの基本的な力は、宇宙内のすべての物体と粒子がどのように相互作用するかを支配する。
この発見は、フェルミラボと呼ばれる米国の粒子加速器施設で行われた。 これらは、フェルミ研究所のチームが初めて自然の第五の力の可能性を示唆した、2021年に発表された研究結果に基づいている。
フェルミ研究所の上級科学者ブレンダン・ケーシーによると、それ以来、研究チームはより多くのデータを収集し、測定の不確実性を2分の1に減らしたという。
「私たちはまさに新たな領域を開拓している。これまでにないほど高い精度で（測定値を）決定している。」
「gマイナス2（g-2）」というキャッチーな名前の実験で、研究者らはミューオンと呼ばれる素粒子を直径15メートルのリングの周りで加速し、そこでほぼ光の速度で約1,000回循環させる。 研究者らは、新たな自然の力の影響により、標準モデルと呼ばれる現在の理論では説明できないような行動をしている可能性があることを発見した。
証拠は強力であるが、フェルミ研究所のチームはまだ決定的な証拠を持っていない。
彼らはそれまでにそれを達成できることを望んでいたが、理論物理学の発展により、標準模型が示すミューオンのぐらつきの量についての不確実性が増大した。
本質的に、ゴールポストは実験物理学者のために移動された。
研究者らは、必要なデータが得られ、理論的な不確実性は 2 年以内に目標を達成するのに十分に縮小するであろうと信じている。 そうは言っても、ヨーロッパの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のライバルチームは、最初にそこに到達したいと考えている。
インペリアル・カレッジ・ロンドンのミテーシュ・パテルは、標準模型の欠陥を見つけようとしているLHCの何千人もの物理学者の一人である。 同氏はBBCニュースに対し、標準モデルと矛盾する実験結果を最初に発見した人は物理学における史上最高の進歩となるだろうと語った。
「標準モデルの予測と一致しない挙動を測定することは、素粒子物理学にとって聖杯である。モデルは50 年以上にわたるすべての実験テストに耐えてきたので、それは私たちの理解に革命をもたらすスタート号砲を発射することになるだろう。」 」
フェルミ研究所は、次の一連の結果は、新しい粒子や力を発見する可能性のある理論と実験の間の「究極の対決」になるだろうと述べている。
では、標準モデルとは何であるか?また、その予測とまったく一致しない実験結果が得られることがなぜそれほど重要なのだろうか?
私たちの周りの世界にあるものはすべて原子から作られており、原子はさらに小さな粒子から作られている。 これらは相互作用して、電気と磁気（電磁気）、2 つの核力、重力という 4 つの自然の力を生み出す。
彼らの行動は標準モデルによって予測されており、50 年間、まったく誤差なく彼らの行動を完全に予測してきた。
ミューオンは、原子の周りを周回して電流を流す電子に似ているが、質量は約 200 倍である。
実験では、強力な超電導磁石を使って、それらをぐらつかせた。
結果は、ミューオンが標準モデルが想定しているよりも速くぐらつくことを示した。 このプロジェクトの主導的研究者の一人であるリバプール大学の教授グラツィアーノ・ヴェナンツォーニは、BBCニュースに対し、これは未知の新たな勢力によって引き起こされた可能性があると語った。
「私たちは、今私たちが気づいていない別の力が存在する可能性があると考えている。それは別のものであり、私たちはそれを「第5の力」と呼んでいる。
「それは何か違うものであり、私たちがまだ知らないものであるが、宇宙について何か新しいことを物語っているので、重要なものであるはずである。」
もしそれが確認されれば、これはおそらくアインシュタインの相対性理論以来、ここ100年で最大の科学的進歩の一つとなるだろう。 それは、第 5 の力とそれに関連する粒子は素粒子物理学の標準モデルの一部ではないからである。
現在の理論では天文学者が宇宙で観察する多くのことを説明できないため、研究者たちは「標準模型を超えた物理学」と呼ばれるものが存在することを知っている。
これらには、宇宙を創造したビッグバンの後、銀河の膨張が減速するのではなく、加速して離れ続けているという事実が含まれる。 科学者らは、この加速は暗黒エネルギーと呼ばれる未知の力によって引き起こされていると述べている。
銀河の中にどれだけの物質が含まれているかについての私たちの理解によると、銀河はまた、本来よりも速く回転している。 研究者らは、これも標準模型の一部ではない暗黒物質と呼ばれる目に見えない粒子のせいだと考えている。
この結果は、Journal Physical Review Letters に掲載された。
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仮訳終わり