1:まとめさん2018/09/04(火) 12:47:39

■3000人による研究が結実、ボトムクォークへの崩壊をついに観察

　物理学者たちは数十年前から、「神の素粒子」と呼ばれるヒッグス粒子を探してきた。宇宙を満たし、物質に質量を与えると考えられてきた粒子だ。ヒッグス粒子は2012年にようやく発見され、存在を予言した物理学者がノーベル賞を受賞した。そして今回、物理学者らがヒッグス粒子のボトムクォークへの崩壊を観察し、新たな洞察を得た。

　この研究は、ヒッグス粒子の崩壊を予測していた理論素粒子物理学にとっても、数十年がかりで実験装置を建造した欧州原子核研究機構（CERN）にとっても、非常に大きな業績だ。8月24日付けで論文公開サイト「arXiv」に論文が発表され、同時に学術誌「Physics Letters B」に投稿された。

「自分たちの目で確認できるのか、確信はありませんでした」と、ATLAS共同実験グループの副報道官をつとめるCERNの物理学者アンドレアス・ヘッカー氏は打ち明ける。「多くの人が今回の成果に喜んでいますが、なかでもこの実験に長年携わってきた人々の感慨はひとしおです」

　とは言うものの、ヒッグス粒子とは？　ボトムクォークとは？　崩壊を確認できたことがなぜ重要？　といった疑問を抱く人も多いだろう。順を追って説明していこう。

■ヒッグス粒子とはなにか？

　私たちの宇宙を構成する素粒子とその相互作用について、とてもよく説明できる「標準モデル」という理論がある。ヒッグス粒子はその鍵となる粒子だ。ただ、「ダークマター」や量子レベルでの重力の作用は説明できないが、それでも、すぐれた理論であることは確かである。

　1960年代、物理学者のフランソワ・アングレール氏やピーター・ヒッグス氏らが、標準モデルをアップデートして、光子（光の粒子）などの素粒子が質量をもたず、ほかの素粒子が質量をもっている理由を説明した。彼らは、現在の宇宙はヒッグス場の中に浸っており、ヒッグス場と相互作用する素粒子には2種類があるという理論を提唱した。光子などの素粒子は、そこになにもないかのようにヒッグス場を通過する。対して、ほかの素粒子は、あたかも水飴の中のようにヒッグス場の中を移動する。その抵抗が素粒子に質量を与えるというのだ。

　数十年におよぶヒッグス粒子探しの末、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の研究者たちは2012年にヒッグス粒子を発見したと発表し、アングレール氏とヒッグス氏は2013年にノーベル物理学賞を受賞した。ただし、厳密に言えば、この粒子が標準モデルのヒッグス粒子とまったく一致すると証明されたわけではない。そこで発見以来、物理学者たちは、ヒッグス粒子が理論どおりに振る舞うかどうか検証を続けている。

■クォークとどう関係があるのか？

　寿命が数十億年もある電子とは異なり、ヒッグス粒子の寿命は驚くほど短く、10のマイナス21乗秒にも満たない。このわずかな時間が過ぎると、ヒッグス粒子は崩壊してさらに細かいほかの素粒子に変わる。2014年には、LHCの検出器であるATLASとCMSの共同実験チームが、ヒッグス粒子が1対のガンマ線光子へと崩壊する過程を観測したと発表している。

　標準モデルでは、ヒッグス粒子がクォークと呼ばれる素粒子に崩壊する可能性も予言されている。クォークには、アップ、ダウン、トップ、ボトム、チャーム、ストレンジという6種類があり、原子をつくる陽子や中性子などを構成している。（参考記事：「ノーベル物理学賞は素粒子理論の3氏」）

　ヒッグス粒子の崩壊は、いくつかの重要な法則にしたがって起こるとされている。例えば、ヒッグス粒子は電荷をもたないので、崩壊によってできる粒子の電荷の合計もゼロにならなければならない。ヒッグス粒子が崩壊して電荷をもつクォークになるときには、クォークと反クォーク（電荷が逆である以外はすべて同じ粒子）の対になって現れなければならない。そうすれば、クォーク対の電荷が打ち消しあってゼロになるからだ。

　ヒッグス粒子の質量も、崩壊の起こり方を制限する。標準モデルによると、ヒッグス粒子が崩壊するときには、約58%の確率でボトムクォーク‐反ボトムクォークの対になるという。この予想は標準モデルの検証として重要なので、ヒッグス粒子からボトムクォークへの崩壊が見られなかったら標準モデルは困ったことになっていただろう。

「そうなったら、標準モデルを維持できません」とヘッカー氏は言う。

　ATLASとCMSの実験グループは、実際のヒッグス粒子がボトムクォークへと崩壊する過程を独立に観察して、理論が現実と一致することを示したわけだ。



ナショナルジオグラフィック日本版サイト
https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/18/090300386/

4:まとめさん2018/09/04(火) 13:37:38

よく分からん
数学も物理も特殊になりすぎた

6:まとめさん2018/09/04(火) 13:50:59

>>4
これまで：ヒッグス粒子の存在（他の粒子崩壊過程での観測）が確認された。
今回：ヒッグス粒子が崩壊する現象が確認された。

→ヒッグス粒子の崩壊が今後も確認されれば、崩壊後に、どのような素粒子が
　 出てくるのか確認できる。そうすると、これまで分かっていなかったヒッグス
　 粒子の特性の解明が期待できる。

7:まとめさん2018/09/04(火) 13:56:03

ヒッグス粒子なら理論上こうなる筈って仮説が実証されたって感じだな

8:まとめさん2018/09/04(火) 14:07:11

『粒子』って日本語がよくないと思うんだ。
どうしてもツブとかタマを連想してしまう。

9:まとめさん2018/09/04(火) 14:07:57

そのうち、ヒッグス粒子崩壊ダイエットとか出てきそう。

10:まとめさん2018/09/04(火) 14:13:26

この辺の極微の基礎研究って
なんかの役に立つの？

13:まとめさん2018/09/04(火) 14:30:21

>>10
・仮説だらけの量子力学の完成に近づく
・宇宙の成り立ちを推測できる
・粒子の観測技術の向上で量子コンピュータの効率化に近づく
・新しい暗号通信方式が期待できる
・核融合など、新しいエネルギー源の開発にもつながるかもしれない
・空間の仕組みを解明することで、宇宙航行が効率的になるかもしれない
・量子力学の完成に近づくことで、新しいCPUやメモリーの設計につながるかもしれない
・量子力学の完成に近づくことで、近似値でやっていた曲線設計がやりやすくなり、自動車設計が廉価になるかもしれない
・新しいエネルギー伝達手段の開発につながるかもしれない
・地球外生命体の探索に役立つかもしれない

昔から人はアカデミックな研究で、まったく新しいことを学んだときに、
それに対応する発明を色々してきたよ。

初期の素粒子の研究からは、光電管を用いた暗視システムができたし、
考古学の年代測定の基準を作った。

宇宙の研究だと、ニュートンの天体研究はイギリス海軍の航海用の星図
制作の助けとなり、様々な土地へ進出する足掛かりを得た。微分積分方式
の一般化も、様々な工業機械設計へと波及した。

逆に工業・産業の世界からアカデミックな世界へのフィードバックもある。
量子力学は鉄工の世界では、素材の温度や状態を確認するための光スペクトル
の分析結果があって、そこから素材ごとの温度、光線スペクトルの関係を導き、
原子ごとの光線特性から量子力学を始める助けになった。ニュートンが天体の
運行原理を解明できた背景には、ハレーが行っていた海軍の星図が裏付けとして
活用された。

学問の研究と実学は、歩調を合わせて進歩してきたという歴史があるよ。

11:まとめさん2018/09/04(火) 14:22:51

腸紐のなかに粒がある

14:まとめさん2018/09/04(火) 15:18:10

宇宙に満たされて質量を生み出すヒッグス場が
実は10の21条分の1秒で崩壊するってこと？
じゃあ、どうやって満たされてるんだ？

15:まとめさん2018/09/04(火) 15:36:50

ヒッグス場が励起してるところがヒッグス粒子
場の量子論で調べてみよう

16:まとめさん2018/09/04(火) 15:56:58

ヒッグスは他の粒子との作用で質量のもとになってるとのことだ。じゃあその作用というのは強い力弱い力電磁力重力のどれなんでしょう？

17:まとめさん2018/09/04(火) 16:51:46

つまり、ヒッグス粒子を連鎖崩壊させる念を唱えれば、
地球の重力に魂をひかれる旧人類がいなくなるのか！

18:まとめさん2018/09/04(火) 17:03:55

>ヒッグス粒子の寿命は驚くほど短く、10のマイナス21乗秒にも満たない。
と、言う事は常にどっかで生成されているの？

19:まとめさん2018/09/04(火) 17:09:58

正確な検証ってほんとに大変だからな。よくやったよ。
生きてるうちに質量がなんなのか知りたいもんだわｗ

21:まとめさん2018/09/04(火) 17:28:56

超対称性粒子の方は未だ見つからずか

22:まとめさん2018/09/04(火) 18:53:29

10のマイナス21乗秒しか存在しない存在なんて
存在じゃなくて状態と言った方がいいんでないかい？

26:まとめさん2018/09/05(水) 00:05:59

>>22
励起状態と言おうか

27:まとめさん2018/09/05(水) 02:41:37

>>22
プランク時間は10のマイナス44乗秒
10の23乗倍で、↑を1秒と置き換えると３０００兆年の寿命

23:まとめさん2018/09/04(火) 19:10:51

i成分を持つ粒子に質量を与える=質量は電磁気力の可能性があるかもな

28:まとめさん2018/09/05(水) 02:57:32

３０００兆年といえば宇宙の年齢百数十億年の２０万倍
宇宙百億年の悠久の時間の中で繰り返されたあまたの膨大な歴史と文明、
さらにその２０万回分の繰り返しを生きてようやく終わり迎えたヒッグス君を、
「存在でなく一瞬の状態だった」とは、すばらしい超仏教的イメージだな

29:まとめさん2018/09/05(水) 05:51:28

ということは、宇宙船の進行方向のヒッグス粒子を消滅させる事が出来れば、高速な飛行体が作れたりしないのかしら?

30:まとめさん2018/09/05(水) 07:34:53

超強力な磁場を発生させれば空間のヒッグス場にある原子中の中性子間の斥力を消去できる
そうすれば微小な重力の落ち込みが生じるために連鎖で「表面の破断」を引き起こす
こうなれば空間に穴が開く

31:まとめさん2018/09/05(水) 07:41:32

>>30
メキシコ帽子がペコッて感じか

36:まとめさん2018/09/05(水) 11:55:24

>　物理学者たちは数十年前から、「神の素粒子」と呼ばれるヒッグス粒子を探してきた。宇宙を満たし、物質に質量を与えると考えられてきた粒子だ。

>　彼らは、現在の宇宙はヒッグス場の中に浸っており、ヒッグス場と相互作用する素粒子には2種類があるという理論を提唱した。

>　寿命が数十億年もある電子とは異なり、ヒッグス粒子の寿命は驚くほど短く、10のマイナス21乗秒にも満たない。

・ヒッグス粒子が宇宙を満たしている
・ヒッグス粒子はすぐに崩壊する

素人なので全然わからん…
絶えず新しいヒッグス粒子がどこかから供給されているってことなんだろうか？

配信元：http://egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1536032859