宇宙学

なぜ宇宙は反物質ではなく物質でできているのですか？新しい実験は、興味をそそるヒントを与えます。

2024

地球を通してニュートリノを撃つ科学者はまともな一歩を踏み出しました宇宙が私たちに投げかけた最も基本的で悪化する質問の1つに答えるために：なぜすべてが反物質ではなく物質でできているのですか？

ああ、あなたは用語を知っています 反物質 。を含むSFの定番 スタートレック 、それは問題と同じですが、反対の電荷を持っています。したがって、陽電子と呼ばれる反電子は、電子とまったく同じ特性を持っていますが、負の電荷ではなく正の電荷を持っています。反陽子は陽子に似ていますが、負の電荷を持っています。

反物質のもう1つの楽しい特性は、粒子とその反粒子を取り、それらをまとめると、強打することです。ビッグ、ビッグバン：彼らは純粋なエネルギーに変換します。 NS 多くエネルギーの。反フィルに会って踊ろうと決心したら、同じエネルギーで爆発する 3,500個の1メガトン核兵器 。

4444エンジェルナンバー

反物質は悪ではありませんが、あなたはそれを物質と一緒にしたくありません。クレジット：Phil Plait

そしてそれは問題です（レイブを台無しにする以外に）。ご覧のとおり、私たちが理解している物理法則によれば、宇宙が非常に若かったとき、つまりほんの数分しか経っていなかったときです。そしてそれが膨張するにつれてその温度は十分に下がった、それは同じ量の物質と反物質を作り出すべきでした。

しかし、それが本当なら、すべての粒子がその反粒子に出会ったでしょう、そしてka blam 。宇宙には物質や反物質があってはなりません。それらはすべて全滅したでしょう。それでもここにいます。

実際には、2つは等しくありませんでした。物質/反物質粒子の10億程度のペアごとに、1つの物質粒子が残っていました。それほど多くはありませんが、他のすべてのペアが全滅した後、今日私たちが目にするすべての銀河、星、惑星、人々、そしてアールグレイティーのカップを説明するのに十分です。

しかし、なぜ？なぜ非対称なのか？

私たちの物質/反物質の対称性の法則はどういうわけか違反しているに違いありません、反物質はそうではありません まさに なんらかの形で問題のように。しかし、何ですか？

科学者たちは長い間この非対称性を探してきました。詳細な物理学は興味深いです— DAEδALUS実験サイトでこれについての素晴らしい説明があります —しかし、次のビットを理解するためにすべてを必要とするわけではありません。それは、科学者がそれを見つけるために行っていることです。

さて、ここで少しサイドトリップしましょう。ニュートリノと呼ばれる別の種類の素粒子があります。そこにないかのように多くの通常の物質を通過できるなど、多くの奇妙な特性があります。それは問題とあまり相互作用しません。少しだけですが、それほど多くはありません。また、ミューオン、電子、タウニュートリノと呼ばれる3つの異なるフレーバーがあります。ある種類のニュートリノは、宇宙を移動するときに自然に別の種類に変化する可能性があります。

そして、私がここでそれらに言及する理由は、ニュートリノとそれらの反物質同等物を支配する信じられないほど複雑な方程式を通過するとき、それらが同じように作用しないかもしれないというヒントを見つけるからです。確かにそこには非対称性があるかもしれません、それで科学者は彼らの努力を集中しました。

電車の年齢レーティングの女の子

そして、ここで私たちは非常に興味深い部分に到達します： T2Kコラボレーション発表されたばかり彼らはニュートリノでこの対称性の破れを測定したかもしれません。結果は堅実ではありませんが、非常に興味深いものです。

この実験では、ミューニュートリノのビームを作成し、それを日本原子力研究開発機構（JPARC）から295km離れた固体地球を通ってスーパーカミオカンデニュートリノ検出器に向けて発射します。

彼らは、陽子を加速して炭素のサンプルにし、スーパーカミオカンデに向けられたビームでミューニュートリノを放出することによってこれを行います。彼らが1ミリ秒後にそこに着くと（!!）、これらのニュートリノのごくわずかが原子に衝突しますタンクに貯蔵された5万トンの最高に純粋な水にミューオン、さらに別のタイプの粒子を作成します。しかし、ほとんどのニュートリノはすぐに通過します。そのため、結果を得るために炭素を陽子で叩くのに20年かかりました。

しかし、それらのいくつかは味を変え、電子彼らが水タンクに着く前に、その短い時間でニュートリノ。それが起こると、彼らはタンク内の原子にぶつかり、ミューオンの代わりに電子を生成します。

また、JPARCはミューオンを作成できます アンチ ニュートリノも。同じことが起こります。タンク内でミューオンを作るものもあれば、電子ニュートリノに変化して電子を作るものもあります。

昔々アメリカのセックスで

探す手がかりがわかれば、反物質を見つけるのは簡単です。クレジット：Shutterstock / Phil Plait

物質/反物質の対称性が成り立つ場合、ニュートリノによって生成される電子に対するミューオンの比率は、ニュートリノの場合と同じである必要があります。 しかし、彼らが見つけたのは、その比率が異なっているように見えるということです！ ミューニュートリノは、反物質のニュートリノよりも電子ニュートリノに変わるようです。

本当なら非常に大きい。

物理法則は物質と反物質を区別していますか？この実験は、答えがイエスであることを示唆しています。問題はそれが決定的なものではないということです。ゴールドスタンダードは、統計的に、結果に99.7％の信頼性があるということです（5シグマスタンダードと呼ばれます）。この結果は結果の数が少なく、統計的に確実に「わずか」95％（3シグマ）になります。それは非常に挑発的ですが、具体的ではなく、まだ発見とは言えません。

ああ、でもそれは すっごく 食欲をそそる。

テストされているニュートリノの振る舞いを支配する悪魔の方程式には、delta-CPと呼ばれるパラメーターがあります。物質と反物質の間に違いがある場合、それはその数にあります。理論的には多くの値をとることができますが、この実験では実際にはそれらの約半分を除外しているようです。それは、科学者が宇宙がどのように振る舞うかを見るために方程式を調べる必要がある場所、なぜそれが反物質よりも物質を好むのかを絞り込みます。さらに多くの作業が必要ですが、これらの結果は少なくとも進むべき方向を示しているようであり、これは以前よりも多くなっています。

そしてねえ：ただ理解する方法に沿って どうして 宇宙はある種の粒子が別の粒子よりも好きです、私たちは理解するかもしれません どうやって 片方をもう片方の上に作ります。そして、私たちが大胆にどこに行くことができるか誰が知っていますか？