【研究】反物質はどこへ？ 日本の実験が示した重要な道しるべ

宇宙の謎に迫る壮大な研究。

日本で過去10年間にわたって積み重ねられてきた素粒子物理学研究の成果が、このほど学術雑誌『Nature』に掲載されました。東京大学宇宙線研究所のプレスリリースによれば、95%の信頼度でニュートリノと反ニュートリノの対称性の破れが示唆されたそうです。

宇宙にはどうして反物質よりも物質のほうが圧倒的に多いのか？

このとてつもなくスケールの大きい問題を解く鍵となりそうです。

宇宙の成分表

宇宙がなにでできているのかをざっくり分けてみると、ふつうの物質と、ふつうではない正体不明のダークマターと、ダークエネルギーになります。物質はさらに物質と反物質とに分けられます。

わたしたちの身の回りにあるモノはすべて物質でできており、クォークやレプトンと呼ばれる素粒子で構成されています。そして、それらの素粒子には電荷の正負が逆である以外はまったく同じ性質を持つ反粒子が存在している…はず。

ところが、宇宙が始まった時には素粒子も反粒子も同じ数だけ作られたはずなのに、現在の宇宙は粒子だらけ、物質だらけです。

もしいま、反粒子が粒子と同じぐらい存在していたら、そしてもしどちらもまったく同じ性質を持ち、まったく同じように物理の法則に従っているとしたら、反粒子と粒子が合わさったとたんに光子となって消滅してしまうため、それはそれでたいへんなことになってしまうのですが。

それにしても、なぜ物質と反物質の対称性が大きく破れているのか。これを説明しようと、もう何十年も前にアンドレイ・サハロフという著名な物理学者が三つの条件を提案しました。このうちもっとも検証しやすい条件が、CP対称性の破れと呼ばれるものです。

反物質はどこへ？

CP対称性とは、質量は同じで電荷（Charge）と運動の方向（Parity）が逆である粒子と反粒子は同じように物理の法則に従うよ、というルール。「CP対称性が成り立っていると、鏡の向こう側とこちら側の世界のように粒子と反粒子は同じように振る舞う（東大プレスリリース）」のですが、この基本的な対称性が破れていないと物質と反物質の対称性の破れも説明できません。

これまでの研究では、すでに陽子や中性子を構成しているクォークにおいてCP対称性の破れが確認されていました。しかし、残念ながらクォークの破れの大きさは現在の宇宙の物質の量を説明するには不十分でした。

そこでいま、電子やニュートリノなどを含む素粒子のカテゴリーであるレプトンにおいてもCP対称性の破れがないかどうかを測定する研究が注目されています。もしレプトンにもCP対称性の破れが確認できれば、なぜ反物質だけが少なくなってしまったのか、さらには宇宙の成り立ちさえも説明できると期待されています。

世界をリードする日本の研究

この難題に取り組んできたのが日本を拠点とするT2K実験国際共同研究グループです。

東大のプレスリリースによれば、「T2K 」とは「Tokai to Kamioka」を省略したもの。茨城県東海村にある大強度陽子加速器施設J-PARCと、岐阜県飛騨市神岡町にあるニュートリノ検出器「スーパーカミオカンデ」とで連携して、レプトンの一種であるニュートリノにCP対称性の破れがないかを測定しました。

2010年から測定を続けてきた結果、現時点ではまだデータの精度に限界があり、対称性が破れているかどうかは確信を持って言及できないものの、おそらくニュートリノと反ニュートリノはそれぞれ違う振る舞いをしていることを突き止めました。

そもそもニュートリノとは電子の100万分の1以下の重さしか持たず、電気を帯びていないために他の物質とほとんど反応しないので非常に観測しづらい粒子。それをどのように測定したのでしょうか。

ニュートリノビーム

T2K実験では、まず東海村のJ-PARCで陽子をターゲットに当てて大量のミュー型ニュートリノを生成し、世界最強度のニュートリノビームを作り出しました。ニュートリノビームはJ-PARCサイト内でまず前置検出器によって一度測定されてから、295キロメートル離れたスーパーカミオカンデに打ち込まれました。

続きはソースで
https://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20200422-00000014-giz-sctch

理解することは到底不可能だぞ

辻褄合わせで消滅してもらう。

自分が生きている宇宙が、ごく一部の限られた領域の時空に過ぎないことが証明できれば、
人間の悟性は少しだけ進歩するかもしれない。