自然の第五の力？物理学者が粒子の奇妙な挙動を発見

2021年、米国にある粒子加速器フェルミ研究所の物理学者は、ミュオンが目に見えない何かと相互作用していることを発見する実験を実施した。今年、実験がやり直されたが、結果は2021年と同じで、何かがミュオンと相互作用しているというものだった。

この発見を主導した物理学者ブレンダン・ケイシーは、ミューオンが別の粒子、別の次元、あるいは新たな力の発見と相互作用している可能性があると主張している。ただし、これらのデータで何が観察されているかをさらに調査するには、新しい実験が必要です。

この研究は今週木曜日にJournal Physical Review Lettersに提出された。これは、素粒子物理学の世界におけるもう 1 つの未解決の問題です。

私たちは、宇宙には重力、電磁気、弱い力、強い力という 4 つの力があることを知っています。これらの力にはそれぞれ、それぞれの作用の規模、つまり、力の影響が明らかで無視できない規模があります。

電磁力は荷電粒子の相互作用によって引き起こされます。強い力はクォークを結合して中性子と陽子にする役割を果たし、弱い力は核融合と核分裂のプロセスを担当します。

ダークエネルギーは重力とは逆の働きをしますが、宇宙の新たな力とはまだ言えません。

宇宙の進化に関連する考えの 1 つは、ビッグバン後の最初の瞬間では、温度とエネルギーが非常に高く、4 つの力が 1 つになったというものです。これは物理学者にとって大きな探求です。4 つの力の統合がどのように起こるかを理解することです。

1979 年、物理学者のシェルドン グラショー、アブドゥス サラム、スティーブン ワインバーグは、これらの力のうちの 2 つ、電磁力と弱い力の統合を発見したことでノーベル賞を受賞しました。この統一は電弱力という名前をとりました。

重力を他の 3 つの重力と統合する必要がある場合、統合はさらに大きな課題になります。他の 3 つは関連する粒子を持っていますが、重力は粒子なしで残る唯一のものであり、さらに量子力学内で十分に受け入れられていません。

電弱力の統合により、この対称性がどのように破られ、この 2 つがどのように分離されるかを理解することが可能になりました。現在、標準模型は、この対称性の破れが起こったときに W ボソンと Z ボソンの質量が発生したと予想しています。

標準模型では、質量はヒッグス場またはヒッグス機構によって発生します。このメカニズムは、電磁力と弱い力の相互作用に直接関係しています。したがって、すべての力の分離がどのように起こったのかを理解することは興味深いことです。

これらの質問に答えるために、名前が示すように粒子を加速して衝突させる粒子加速器が使用されます。衝突により、フォトンや内部部品などの他の粒子が放出される可能性があります。

これがフェルミ研究所の実験で行われていることです。しかし、2021年に、ミューオンと呼ばれる粒子が標準模型の予測とは異なる強度で挙動していることが発見された。ミューオンの速度は予想とは異なり、おそらく未知の何かと相互作用していることを示しています。

仮説の 1 つは、ミュオンがまだ知らない方法で相互作用している、つまり、私たちが知っている 4 つの力とは異なる、自然の 5 つ目の力であるというものです。

近年の物理学における最も偉大な発見に近づいていると言うにはまだ時期尚早ですが、もしそれが確認されれば、宇宙の最初の瞬間に何が起こったのかを理解する素粒子物理学の世界への新たな扉となるでしょう。そして私たちがどのようにしてここに来たのか。