【137億年前にヒッグス粒子が誕生した】 現地時間7月4日スイス、ジュネーブの会場にて、欧州原子核研究機構（CERN）が運営する大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で実験を行っている2つの研究チームが、“神の粒子”とも呼ばれるヒッグス粒子を、あるいは、ヒッグス粒子であることが有力な未知の粒子を、それぞれ99％以上の確実さで発見したという。 インターネットではどの記事も99％以上の確実さ・・・と記しているが、今回の発表には99.9999％以上の確実さであるところに意味がある。なぜなら、素粒子物理学の世界では、「発見の定義が99.99997程度の確からしさ」であるからである。 ここで素粒子について解説すると、物質を小さな単位に分けていくと、分子-原子-原子核-最後に素粒子となる。つまり素粒子とは物質を構成する一番小さな単位であり、この成り立ちを統一的に説明するものが標準理論である。約110年前に初めて発見された素粒子が電子で、以来クオークなど合計16の素粒子が発見されたのであるが、残るひとつの質量の起源ともいえる素粒子が、今回の発見のヒッグス素粒子なのである。 標準理論によると、ヒッグス粒子が宇宙に姿を現したのは137億年前で、宇宙誕生の大爆発：ビッグバンの直後のこと。どれくらい直後かというと100億分の一秒後である。何故100億分の一秒後かは簡単に計算できるが、ここでは省く。真空の宇宙空間にヒッグス粒子で満たされた海が発生すると、光速で飛んでいた素粒子に作用して、進みにくくなることで質量を与えた。これにより宇宙物質の画期的な進化が始まる。 素粒子の動きにブレーキがかかり、3分後には原子核が誕生。30万年後には原子、分子が誕生。さらに10億年後には星、銀河が誕生し、素粒子が質量をもったことで生命も誕生した。
【ハドロン衝突型加速器で陽子を衝突】 ブレーキがかかっていない状態の素粒子はこの世で最高速（光速）の早さで移動する。従って最高速の速さで物体を動かせば、素粒子を見つけることができる、というのが英国の物理学者・ヒッグスの理論である。 そこでCERNは約6000億の資金を使ってハドロン衝突型加速器（LHC）という実験装置を作ったのである。その具体的な理屈はこうである。 一周27kmの真空パイプの中で陽子を加速し、陽子同士を衝突させて、そのエネルギーでビッグバン状態を作ることで素粒子を造った。（実はこのLHC装置、日本人も100名ほど開発にかかわっている） 27ｋｍにも及ぶ真空パイプで実験を繰り返したチームはATRASとCMSチーム。前者が99.99998％、後者が99.99995％の確率でヒッグス素粒子であるかもしれない新粒子を発見したと、ほぼ同時に発表したのだから二重にすごい。LHCは2010年から7兆電子ボルトという高エネルギーでの運転をはじめ、今年4月からは8兆電子ボルトでの運転を行っていた。しかし実はヒッグス素粒子そのものを発見することはできない。それは誕生してもすぐに壊れて別の粒子に変化してしまうからである。そこでヒッグス粒子の壊れ方を予測して、この現象を探し、検出した粒子が元々はヒッグス素粒子であったという確率を計算するのである。この確率が99.99997程度になったとき、ヒッグス粒子発見！といえるのである。
【ヒッグス素粒子提唱はビッグバン理論】 ここで私の疑問。物理学者・ヒッグスは最後のヒッグス素粒子を提唱したが、実はこの提唱 ビッグバン理論が元となっている。つまり宇宙の膨張（フリードマン方程式で表せる）が始まった137億年前には素粒子が光速で飛び交う状態が生まれ、それを再現すれば素粒子が発見できるというものである。最初の素粒子はブレーキがきかずに光速で進んでいたが、やがて衝突を繰り返して質量が生まれたのであるから逆に言えば、もしも物体が光速で進めば、その物体は質量を持たないことになる。アインシュタインは相対性理論の中で 「E=mC2 (二乗)」といっている。ここでE：エネルギー m：質量 C：光速度 であり、光のエネルギーはその質量の二乗に比例する、という大学受験の物理の問題にもでてくる式であるが、これと矛盾する。光速で進めば質量はゼロなのだから、E=0 となるじゃないの？が私の疑問。しかしこの世の中に完全なる光速は無く、それに限りなく近い速度C' を光速と定義しているのなら わからなくもない。 次にもしも物体が光速で進むことができたら、そこには質量がなくなり、次に起こる現象が時間概念の変化である。 つまり時間が限りなく遅くすすむということである。 わかりやすくいうと、光速で進む車に乗って移動をすると、周りの時間は普通に経過するが、車に乗った自分はスローモーション的になる。もしも車に10年乗って移動しても、車内空間は10日しか経過してない。これは、10年後の未来に行ったことになるのである。 これはアインシュタイン博士によって証明されたのであるが、残念なことに光速で走る車を製作することができない。真空パイプの中を進む陽子だからできることなのである。 そこで私の二番目の疑問。 タイムマシーンで未来に行くことは理論的には可能である。しかし過去に行くことはできるのだろうか。アインシュタインの相対性理論では行くことはできない。 過去に行く理論を見つければ、第二のアインシュタインになれる と思うのは私だけだろうか。
フランスの地下にある27ｋｍにも及ぶ真空パイプ
ビッグバンを再現するハドロン衝突型加速器
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