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https://www.bbc.com/news/science-environment-66890649
科学者が反物質の謎の解明に近づく
2023年9月27日15時GMT
パラブ・ゴーシュ
科学特派員
科学者たちは、宇宙の始まりに豊富に存在した神秘的な物質である反物質について重要な発見をした。
反物質は、星や惑星が作られる物質の反対である。
両方は私たちの宇宙を形成したビッグバンで同じ量だけ生成された。 しかし、物質はどこにでも存在するが、その反対のものを見つけるのは今では恐ろしく困難である。
最新の研究では、この2つが同じように重力に反応することが判明した。
物理学者たちは何年もの間、宇宙がどのように誕生したかを説明するために、それらの相違点と類似点を発見しようと躍起になってきた。
反物質が落下するのではなく、重力に反応して上昇することを発見したら、私たちが物理学について知っていることは吹き飛んだだろう。
彼らは今回、反物質の原子が下に落ちることを初めて確認した。 しかし、これは科学的な行き詰まりではなく、新たな実験や理論への扉を開きる。 たとえば、同じ速度で落下するか？
ビッグバンの間、物質と反物質は結合して打ち消し合い、光だけが残るはずであった。 なぜそうしなかったのかは物理学の大きな謎の 1 つであり、2 つの違いを明らかにすることがそれを解く鍵となる。
創造の最初の瞬間に、どういうわけか物質が反物質を克服した。 世界最大の素粒子物理学研究所であるスイスのCERNの研究チームの一員であるダニエル・ホジキンソンによると、重力にどのように反応するかが鍵を握る可能性があるという。
「私たちの宇宙がどのようにして物質に支配されるようになったのか、私たちは理解していない。だからこそ、これが私たちの実験の動機なのである」と彼女は私に語った。
ほとんどの反物質は宇宙にほんの数秒間だけ存在する。 したがって、実験を実行するために、CERN チームはそれを安定して長持ちする形で作成する必要があった。
教授ジェフリー・ハングストは、亜原子粒子から数千個の反物質原子を丹念に構築し、捕捉して落下させる施設の建設に30年を費やした。
「反物質は、想像できる限り最もクールで最も神秘的な物質である」と彼は私に言った。
「私たちが理解している限り、あなたと私がいれば、反物質だけでできた私たちの宇宙と同じような宇宙を構築することができるだろう」と教授ハングストは私に言った。
「これは、取り組むのに刺激的なことである。これは、これが何であり、どのように動作するかについて、最も基本的な未解決の疑問の 1 つである。」
反物質とは何であるか?
物質とは何かということから始めよう。私たちの世界のあらゆるものは物質、つまり原子と呼ばれる小さな粒子から作られている。
最も単純な原子は水素である。 太陽の大部分はそれから作られている。 水素原子は、中央にある正に帯電した陽子と、その周りを回る負に帯電した電子で構成されている。
反物質では、電荷はその逆になる。
反水素は、CERNの実験で使用された水素の反物質バージョンである。 中心にはマイナスに帯電した陽子 (反陽子) があり、その周りを正の電子 (陽電子) が周回している。
これらの反陽子は、CERNの加速器内で粒子を衝突させることによって生成される。 彼らは光速に近い速度でパイプに沿って反物質研究所に到着する。 これは研究者が制御するには速すぎる。
最初のステップは、彼らをリングの周りに送り込むことによって彼らの速度を落とすことである。 これにより、彼らはより管理しやすいペースで動くようになるまで、彼らのエネルギーが引き出される。
次に、反陽子と陽電子は巨大な磁石に送られ、そこで混合されて何千もの反水素原子が形成される。
磁石は反水素を捕捉する磁場を生成する。 反物質は私たちの世界との接触に耐えることができないため、もし反物質が容器の側面に触れた場合、すぐに破壊されてしまう。
磁場がオフになると、反水素原子が放出される。 その後、センサーが落下したかどうかを検出する。
一部の理論家は反物質が上に落ちるかもしれないと予測しているが、ほとんどの理論家、特に100年以上前の一般相対性理論のアルバート・アインシュタインは、反物質は物質と同じように振る舞い、下に落ちるはずだと主張している。
現在、CERNの研究者らは、これまでで最も確実性を持って、アインシュタインが正しかったことを確認した。
しかし、反物質が落下しないからといって、それが物質とまったく同じ速度で落下するという意味ではない。
研究の次のステップとして、チームは実験をアップグレードして感度を高め、反物質の落下速度にわずかな違いがあるかどうかを確認している。
もしそうなら、宇宙はどのようにして誕生したのかという最大の疑問の一つが解けるかもしれない。
結果は Nature 誌に掲載された。
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仮訳終わり