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物理学賞解説その2~反物質

前回は「その1~対称性

今回は、小林・益川教授の、「CP対称性の破れ」にちょっと踏み込んでみます。


一般に、どれくらい浸透してる話なのか全く分からないんですが、
この世には、「反物質」なるものがあります。
物質とぶつかると爆発して一緒に消えちゃう、ってやつです。

SFの話じゃありませんよ。
ホントの話です。
まぁ、爆発、って言えるほどの量は、今の技術では作れないわけですけど。


最初に物理学に登場した反物質は、
電子の反対にあたる、陽電子って言う粒子。

これは、ポール・ディラックが、1928年に存在を予告したものです。
(相対性理論と量子力学を統一した、ディラック方程式の答えが、電子と陽電子でした)

陽電子にどんな性質があるかと言うと、質量(重さ)は電子と一緒、
でも、電子がマイナスの電荷を持っているのに対して、陽電子の電荷はプラス。
(だから「陽」電子)

電荷が反対だとどう言う事が起きるかって言うと、
電子と陽電子が同じ磁石の近くを通ると、反対向きに曲がるんです。
これが発見の決め手になりました。

Positron

↑は、1932年、カール・アンダーソンが陽電子の証拠として撮った写真。
霧箱と言う装置の中で、
電荷を持ったものが通り過ぎると線が残るのを撮ったものです。

上の黒いカーブした線が陽電子だと分かったのは、
電子が通ったときの線と反対向きに曲がっていたから。
(さらに、曲がり具合から、電子と大体同じ質量だという事が分かりました。
電子の約2000倍の重さがある陽子ではない、という事です)


今では、知られている粒子全てに、対応する反粒子がある事が確認されています。

Particle-Antiparticle
(左は普通の物質の素。上から電子、陽子、中性子。
右はその反粒子。上から陽電子、反陽子、反中性子)

という事は、水素が陽子と電子1個ずつで出来てるように、
反陽子と陽電子1個ずつで、「反水素」が作れるんじゃ?と思いませんか?

いや、それだけじゃなくて、この世のどんなものも、全部反粒子に置き換えて、
「反世界」が作れるんじゃ?と思いませんか?

思ってください。お願いします(笑)

答えは、これだけ引っ張ったんで当然ですが、出来ます。


そこでもう1つの疑問。

もし、この宇宙のどこか遠くに反物質で出来た惑星があって、
そこに物理学をするような生き物がいたとしたら、
地球で言う反物質が、彼らにとって物質、
地球で言う物質は、彼らにとっては反物質なわけですよね。

どっちが物質で、どっちが反物質か、って言うのは、
ただの偏見かもしれないわけです。

この世界の物質と反物質が、ある日突然入れ替わっちゃったとします。
入れ替わってしまったんだ、という事は実験で分かるんでしょうか?


物質と反物質を入れ替えても、実験の結果が一緒なのだとすれば、
それは昨日書いたように物理法則の「対称性」の1つです。

そう、これが「CP対称性」なんです。
(厳密に言うと、Cは物質と反物質の交換、Pは鏡を使った反転)


次回は、このCP対称性が破れている事がどうやって見つかったのか、
そして、小林・益川理論がそれをどう説明したのか、
説明...出来るかな?(笑)

テーマ : 物理学
ジャンル : 学問・文化・芸術

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No title

今頃になって読ませてもらっています。
普段生活している中で考えることとあまりにかけ離れているので、実感をもって捉えることはできないですが、興味深いですね。
わかりやすく書かれているので、理解しやすいです。
反物質については、、、全く知りませんでした。

takeshiさん

はじめまして。
物理学者になると、こう言った事を普段考えるようになってしまうので、
逆にどうやったら普通の人に説明できるかな、と考えるのがまた大変です(苦笑)
古い記事でもコメントがあれば返事をしますから、
他にも気になる記事があればコメントどうぞ。
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プロフィール

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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