【物理学】反物質「消滅」の謎、解明に一歩前進 CERNチーム

しじみ ★

【4月5日 AFP】
約137億年前の宇宙誕生時、ビッグバン（Big Bang）によって物質と反物質の粒子が対を成して生成された。
物理学の通説ではそうなっている。

　だが、現在の宇宙で見ることができる、
地球上の小さな昆虫から宇宙にある巨大な星までのあらゆるものは物質の粒子でできており、
それと対を成す反粒子はどこにも見つからない。

　欧州にある巨大な地下素粒子実験施設の物理学者チームは4日、
実験室内で作った反物質の粒子「反水素原子」の前例のない観測を通じて、
この謎の解明に一歩近づいたとする研究結果を発表した。

　欧州合同原子核研究機構（CERN）の「ALPHA（Antihydrogen Laser Physics Apparatus）」実験チームの
ジェフリー・ハングスト（Jeffrey Hangst）氏は「われわれが探究しているのは、
通常物質の水素と反物質の反水素が同じように振る舞うかどうか（を確かめること）だ」と話す。

　挙動にほんのわずかでも違いが見つかれば、物質と反物質の見かけ上の不均衡を説明する助けになるばかりか、
宇宙を構成する基本素粒子とそれらを支配する力を記述する物理学の主流理論
「標準模型（Standard Model）」が揺るがされる可能性がある。

　だが、ややがっかりなことに、今回の最新研究の「これまでで最も高精度の実験」でも、
水素原子と反水素原子の挙動に違いは見つからなかった。

　目に見える宇宙の構成要素と挙動を記述する標準模型は、反物質の「消滅」を説明できない。

　ビッグバンでは、質量が同じで電荷が逆の粒子と反粒子のペアが生成されたと広く考えられており、
粒子と反粒子が出会うとエネルギーだけを残して消える「対消滅」が起きるとされる。

　物理学では、ビッグバンの直後に物質と反物質が反応して崩壊する現象が実際に起きたと考えられている。
そうであれば、現在の宇宙には残されたエネルギー以外は何もないはずだ。

　にもかかわらず、科学者らによると、人が見たり触れたりできる全てのものを作り出している通常物質が、
宇宙の4.9％を構成しているという。
他の物体に及ぼす重力の作用によってのみ検出される謎の物質「暗黒物質（ダークマター）」が宇宙の26.8％、
ダークエネルギーが残りの68.3％を構成する。

■手が届くところに？

　反物質は事実上、存在しない。
宇宙線などの非常に高エネルギーの現象やCERNの実験室内などで生成される極めて希少で短寿命の粒子を除いては。

　ALPHAの物理学者チームは、通常物質の最も簡単な原子の水素を用いて反物質の謎の解明を試みている。
水素は陽子1個の周りの軌道に電子が1個存在する。

　チームは、CERNによる高エネルギー粒子の衝突で発生した反陽子を捕捉し、
（電子と対を成す反粒子の）陽電子と結合させて、水素の反粒子を生成する。
生成される反水素原子は、通常物質と接触して対消滅してしまわないように、磁気トラップに閉じ込め、
この状態の反水素原子にレーザー光を当てて反応を調べる。

　原子は物質の種類によって異なる振動数の光を吸収するため、主流理論に基づけば、
水素と反水素は同じ種類の光を吸収する──そしてこれまでのところ、その振動数に違いはみられない。

　だが、実験の精度が高まるにつれて、両者の違いが現れるに違いないと研究チームは期待している。

「現在の精度はまだ通常の水素の精度には及ばないが、ALPHAの急速な進歩は、
反水素（の測定）で水素と同レベルの精度の実現に今や手が届くところに来ていることを示唆している」と、
ハングスト氏は話した。(c)AFP

画像：欧州合同原子核機構のリニア・アクセレレーター
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AFP
http://www.afpbb.com/articles/-/3170130