[記事公開日]2016/08/08

「反物質」消滅の新証拠を「スーパーカミオカンデ」を使った「ニュートリノ」実験で新発見

   「反物質」を探るT2K実験(写真:産経新聞)

「反物質」消滅の新証拠を日本チームが新発見

宇宙が誕生したときの「ビッグバン」でできたとされる「物質」と反対の性質をもつ「反物質」が消滅した新証拠を、日本チームが発見したようです。

宇宙が生まれた時には通常の「物質」と、「反物質」が同じ数だけできたとされています。

「物質」と「反物質」は出会うとどちらも消滅しますが、どうして現在の宇宙では「反物質」がほとんどなくなり、ほぼ「物質」だけになったのかは最大の謎の一つとされています。

京都大学などの研究グループが、素粒子「ニュートリノ」を使った実験を行い、宇宙が誕生した時のビッグバンでできたとされる「物質」と反対の性質をもつ「反物質」がその後、ほとんど消えてしまった謎を解く手がかりが得られたと発表しました。

「CP対称性の破れ」を素粒子「ニュートリノ」でも発見

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宇宙が誕生した時のビッグバンでは、「物質」とともに、帯びた電気が逆の「反物質」ができたと考えられていますが、直後には、ほとんど消えてしまったとされ、大きな謎になっています。

これに関して、「物質」と「反物質」は出会うとどちらも消滅しますが、性質の違いから僅かに多く出現した「物質」のほうが残ったと考える理論が、物理学者の間では有力とされています。

この理論は「CP対称性の破れ」と呼ばれ、クォークという素粒子ではあることが確認されています。

しかし、この理論で宇宙の成り立ちを説明するには、「ニュートリノ」など、ほかの素粒子でも確かめる必要があるとされています。

そこで、高エネルギー加速器研究機構などのT2K実験チームは、茨城県東海村の加速器施設「J-PARC」で素粒子「ニュートリノ」と「反ニュートリノ」を生成しました。

そして、生成した「ニュートリノ」と「反ニュートリノ」をそれぞれ毎秒100兆個、295キロ離れた岐阜県飛騨市の観測装置「スーパーカミオカンデ」に向けて発射したようです。

その結果、「ニュートリノ」と「反ニュートリノ」では、あるタイプの「ニュートリノ」に変化する確率が異なるという、性質の違いを示すデータが得られたということです。

「ニュートリノ」にも「CP対称性の破れ」があることを証明できればノーベル賞級

こうした「物質」と「反物質」の性質の違いは「CP対称性の破れ」と呼ばれ、宇宙に通常の物質が多く残った原因になったと考えられています。

今回の日本チームの実験では、違いがある可能性は90%ですので、発見と断定するには、さらなる実験が必要となります。

研究グループでは今後、データを積み重ねて信頼性を高めれば、素粒子「ニュートリノ」にも「CP対称性の破れ」があることを証明できる可能性があるとしています。

そして、それを証明することができれば、ノーベル賞級の偉業となるようです。

実験の代表者である京都大学の中家剛教授は「なぜ物質だけが残ったのかという物理学の大問題の解明に向けた大きな一歩だ。証明できればノーベル賞級で、研究の先頭を走り続けたい」と話しています。

「ニュートリノ振動」は東京大宇宙線研究所長の梶田隆章教授が初めてとらえた現象ですが、梶田氏はこの業績で昨年のノーベル物理学賞を受賞しました。

そして、今回の実験には東京大宇宙線研究所も加わっており、梶田氏も今回の実験結果について、非常に興味深いとコメントされています。

『ニュートリノ初観測の小柴昌俊氏とニュートリノ振動発見の梶田隆章氏はノーベル賞受賞』、こちらの記事の中でも書きましたが、「ニュートリノ」という素粒子は、ある意味において、日本人科学者とご縁が深い素粒子であり、「ニュートリノ」の研究によって、小柴昌俊氏と梶田隆章氏の2人のノーベル賞受賞者が既に誕生しています。

小柴昌俊氏は、1987年、自らが設計を指導・監督した、岐阜年神岡町の地下施設「カミオカンデ」によって史上初めて自然に発生した「ニュートリノ」の観測に成功し、「ニュートリノ天文学」という新しい学問分野を開拓した功績により、2002年にノーベル物理学賞を受賞されています。

小柴昌俊氏は、後進の教育・指導にも当たり、「私の研究を受け継いだ者の中からノーベル賞を受賞する研究を成し遂げる者があと2人は出るであろう」と発言されています。

そして、実際にも彼の愛弟子の一人であった戸塚洋二氏はノーベル物理学賞の有力候補として注目されていましたが、戸塚氏は2008年にガンで亡くなられ、受賞は叶わなかったものの、同じく愛弟子の一人である梶田隆章氏が2015年にノーベル物理学賞を受賞され、戸塚氏が果たせなかった悲願を実現されました。

研究グループ代表者の中家剛・京都大教授は「現在は私たちが先行しているが、ライバルの米国グループも追随している。まだ『兆候』のレベルだが、『発見』と言えるレベルまで持っていきたい」と話しています。

素粒子「ニュートリノ」にも「CP対称性の破れ」があることを証明できれば、宇宙の成り立ちに関わる理論の証明につながると期待されており、ノーベル賞級の偉業だとされています。

「ニュートリノ」という素粒子は、日本人科学者とご縁が深い素粒子だと感じますので、ぜひ、素粒子「ニュートリノ」にも「CP対称性の破れ」があることを証明していただいて、日本人科学者の中からノーベル賞受賞者が新たに誕生することを期待したいと思います。

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