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LHCの目的

先週末に、ブラックホールやらビッグバンやら、
LHCに関する誤解を、出来るだけ解こうと思って記事を書きました
が、
ブラックホールやビッグバンを作る事が目的じゃないのなら、なんなの?
と言う話が出来てませんでした。

まず最初に一言。
LHCには当面、実用的な理由は1つもありません。
実験をする理由は、ただ知りたいから、です。

陰謀話の好きな人は、
兵器の開発のためだとか言ってるみたいですが、
それなら、世界中の物理学者を呼び込んだりはしませんよね?


LHCの目的の話をするために、「加速器」の歴史から入ります。
なんで物理学者は、加速器を作るようになったのか。


加速器の開発が始まったのは、1920年代後半の事。
目的は、原子核の謎に迫るためでした。


当時、原子に核があって、その周りを電子が回っているらしい事は、
すでに分かっていました。

これがなぜ分かったかと言うと、
自然に発生する放射線、α線と呼ばれるものを、金箔に当てたところ、
全部が通り抜けると言う予想に反して、α線のごく一部が跳ね返ってくる事が分かったんです。
ラザフォード散乱

これを発見したアーネスト・ラザフォードは、
「ティッシュペーパーに砲丸を投げたら跳ね返ってきた」と言うたとえを使いました。
なによりも、それくらい驚いたって事ですが、
原子の中に、α線を跳ね返せるもの(核)があるんだ、と言う事がこれで分かったわけです。


この発見が1911年の事なんですが、
そのあと、原子核はなにで出来てるのか、
という疑問に答えられる実験はなかなか現れませんでした。

なぜかと言うと、自然に起こる放射線では、エネルギーが足りなかったんです。


原子核と電子が原子になっていられるのは、
核にプラス、電子にマイナスの電荷があって、
電磁力でお互いを引き寄せ合っているからです。

同じように、原子核の中には、陽子と中性子があって、
それぞれ、核力といわれる力で引き寄せ合っています。
で、核力の方が、電磁力よりも、ずっとずっと強いんですね。

その核力に逆らって、原子核を分解させるためには、
ただの自然の放射線を使うんではなくて、
加速させてからターゲットにぶつけないといけなかったわけです。

コックロフト=ウィルソン加速器
(1932年、初めて原子核を分解した加速器)


その後、加速器はどんどんパワフルになっていって、
60年代には、陽子や中性子が、さらに小さい、クォークと言う粒子で出来ている事が、
加速器のおかげで分かりました。

さらに、色々な粒子が加速器で作られ、発見されました。
年表、1960年代以降に注目)

加速器は、物理学者に、肉眼では見えないものを見せてくれるもの。
顕微鏡や望遠鏡のようなものと思ってもらえればいいでしょうか。


と、長くなりましたが、
LHCでは、今までの加速器よりさらに高いエネルギーの衝突を起こす事で、
新しい粒子や、新しい現象の発見が期待されています。


これまで20年ほどの加速器実験の結果は、
標準模型といわれる理論が見事に予測してきました。

LHCで一番期待されているのは、
標準理論の予測でただ1つ見つかっていない、ヒッグス粒子の発見です。
(ヒッグス粒子がなぜ大事なのかは、あとで。また長い話になりそうなので)


さらに、標準模型で説明できない新現象を発見してほしい、(超対称性、余剰次元など)
と言うのがほとんどの粒子物理学者のLHCへの期待だと思います。

どんな現象が見られるかもしれないのかは、色々な新理論から予測されていますが、
これこそは、ふたを開けてみないと分かりません。

ただ、LHCのエネルギーまで来ないと見られなかった、新しい現象が見つかれば、
宇宙の歴史を、今まで以上に遡れる事にはなります。

「ビッグバンを再現する」、と言うほど大げさな話じゃない事は強調したいですが、
なんでこういう宇宙が出来たのか、と言う謎にまた1歩迫れるのは確かです。


↓初めて原子核を分解したウォルトンとコックロフトの話。
ラザフォード、チャドウィック、ガモフなど、もっと有名な物理学者も出てきます。
今のところ和訳が無いのが残念。

The Fly in the CathedralThe Fly in the Cathedral
(2005/12/27)
Brian Cathcart

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テーマ : 物理学
ジャンル : 学問・文化・芸術

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アシュリー

Author:アシュリー
カリフォルニア州バークリー在住、元スポーツジャンキーのアシュリーです。

今観るスポーツは、アーセナル(サッカー)とグリズリーズ(バスケ)、あとテニス。

専門の物理ネタ以外にも、色々書いていくつもりです。

Twitterをハンドル名Inoueianでやっています。

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