米国の粒子加速器は、これまでに発見された中で最大の反物質原子核を生成した

私たちが宇宙を観察するとき、私たちは目に見える物質またはバリオン物質を観察しています。私たちが目にするものはすべて、陽子、電子、中性子などの粒子として知られているもので構成されています。陽子は正の電荷を持つ粒子ですが、電子は負の電荷を持ちます。しかし、物理学では、各粒子には、反粒子と呼ばれる反対の電荷をもつ同一の粒子が存在することが予想されます。

直観的には、反粒子でできた同数の物体、またはその消滅によって非常に高エネルギーの放射線が発生するのを観察する必要があると思われます。実際にはこのようなことは起こらず、反物質は観察される最も稀な物質の 1 つと考えられています。これは、私たちが知っているように、反物質は物質とともにすぐに消滅するためです。したがって、重原子と反物質分子を発見することは、物理学における大きな課題です。

物理学者のグループは、これまでで最も重い反物質核を発見したことを有名な雑誌「ネイチャー」に発表した。この原子核は反ハイパー水素 4 として知られるようになり、1 つの反陽子、2 つの反中性子、1 つの反ハイパー子で構成されています。この発見は、ニューヨークにある粒子加速器である相対論的重イオン衝突型加速器（RHIC）の実験で行われた。

反粒子

粒子には、電荷を除いて同一の反粒子と呼ばれる対応物があります。電子は負の粒子であり、その反粒子は正の電荷を持った反電子または陽電子です。陽子は正に帯電した粒子であり、その中には負に帯電した反陽子と呼ばれる反粒子があります。陽電子は 2000 年代に発見された最初の反粒子です。

粒子と反粒子が出会うと、それらは互いに消滅し、両方を破壊し、ガンマ線の形でエネルギーを放出します。

反粒子を研究する 1 つの方法は、粒子と反粒子のペアが生成および消滅する粒子加速器を使用することです。ガンマ線の量と衝突中の他の粒子の生成を観察することにより、それらの特性に関する情報を得ることができます。ただし、反粒子は粒子によって簡単に消滅してしまうため、反粒子を維持し、より大きな原子核を実現することは物理学では困難です。

バリオンの非対称性

粒子と反粒子のペアが生成されると予想されるため、宇宙には同量の物質と反物質が存在すると推定されています。しかし、観察すると、実際に私たちが観察するものはほとんどが物質でできており、反物質はほとんどまたはまったく含まれていないことがわかります。これは、反物質が宇宙のどこにあるのか、なぜ反物質を観察できないのかという疑問につながります。この問題はバリオンの非対称性と呼ばれます。

バリオンの非対称性の説明の 1 つは、宇宙の初期に、何かが反物質ではなく物質の創造を促進したということです。何が影響したのかはまだ不明ですが、粒子加速器で行われた実験では、電荷に加えて物質と反物質の違いも調べられています。そして、物理法則の異なる作用を引き起こす何らかの違いを見つけることができるかどうか。

相対論的重イオン衝突型加速器

宇宙の最初の瞬間を模倣して物質と反物質の違いを探すことを目的とした粒子加速器の 1 つが、相対論的重イオン衝突型加速器 (RHIC) です。この加速器はニューヨークにあり、光に近い速度での重イオン間の衝突を研究することを目的としています。目的の 1 つは、クォークとグルーオンのプラズマと呼ばれる物質の状態を研究することです。

RHIC で使用される一部の原子核は金と鉛であり、これにより重い原子核の衝突を研究し、結果を理解することが可能になります。 RHIC の研究は、クォークとグルーオンのプラズマ物質の状態の研究における先駆者であり、それらの存在を確認した最初の研究の 1 つです。この物質の状態に関する既知の特性のいくつかは、理想的な流体のような挙動としての RHIC によるものでした。

最も重い原子

最近、RHICの研究者らは、これまでに発見された中で最も重い反物質核を発見したと発表した。この原子核は反ハイパー水素 4 として知られるようになり、1 つの反陽子、2 つの反中性子、1 つの反ハイパー子を含んでいます。この原子核は、研究者が原子核が急速に崩壊する粒子と反粒子の痕跡を観察したときに発見されました。

これらの反粒子の 1 つは、これより前に最も重いと考えられていた原子核でした。粒子を再構成することにより、結果として反超水素-4 が誕生しました。それにもかかわらず、組み合わせにはいくつかの変数があるため、すべての粒子を見つけてそれらを組み合わせるのは、干し草の山から針を探すような困難でした。最終的に、研究者らは16個の反超水素4核を発見した。