2024/4/27

素粒子ミューオンの奇妙な歳差運動の原因は「第五の力」か、「未知の次元」か

 
 
 
 
 

素粒子ミューオンの奇妙な

歳差運動の原因は「第五の力」か、

「未知の次元」か

 
 
 

フェルミ研究所で2018年に始まった「ミューオンg-2」実験では、写真のリング状装置(「g-2蓄積リング磁石」)のなかで、光速に近いスピードでミューオンを周回させる。

 

 

フェルミ研究所で2018年に始まった

「ミューオンg-2」実験では、

写真のリング状の装置「g-2蓄積リング磁石」の中で、

光速に近いスピードでミューオンを周回させる。

 

 

 

  • ミューオン(ミュー粒子)と呼ばれる
  • 素粒子の歳差運動(首振り運動)は、
  • 物理学の標準理論では説明がつかない。
  • その奇妙な挙動は、
  • 自然界に存在する第五の力、
  • あるいは未知の次元の証拠かもしれない。
  • 科学者は2001年、2021年、
  • そして2023年にこの現象を観察した。
  • ただの偶然ではない可能性が高い。
 
 
 
 

ある素粒子が予想外の挙動を

とるさらなる証拠を、

 

アメリカのフェルミ国立加速器研究所の

物理学者チームが発見した。

 

そうした予想外の挙動は、

 

自然界に未知の第五の力が

存在することを示している可能性がある。

 

 

現在、

自然界には四つの力が存在することが

知られている。

 

重力、電磁気力、強い力、弱い力だ。

 

この四つの力は、

宇宙の仕組みを説明する手がかりになっている。

 

 

だが、

宇宙にはまだ、

我々の知らない不思議が存在している。

 

自然界の第五の力の発見は、

その謎を解くのに役立つかもしれない。

 

 

「太った電子」ミューオンと、

奇妙な歳差運動

 
 

フェルミ研究所で

「ミューオンg-2実験」を行っていた

物理学者たちは2021年、

ミューオン(ミュー粒子)と呼ばれるタイプの素粒子が、

予想とは異なる歳差運動(首振り運動)を

することを観測した。

 

 

20年前の2001年にも、

ブルックヘブン国立研究所の科学者チームが

同じ現象を目にしていたが、

この奇妙な挙動は説明がつかないまま、

20年にわたって物理学者を悩ませていた。

 

 

 

「9年かけてここまで変わった」激務イメージだった企業のいま
 
 
 
「9年かけてここまで変わった」
激務イメージだった企業のいま
 

 

ミューオンは、

電子(原子核のまわりを回る小さな粒子)と

似ているが、

電子の200倍の重さがある。

 

そこから、

「太った電子」のニックネームがついた。

 

 

Insiderのアイリン・ウッドワード

(Aylin Woodward)が伝えたところによれば、

この太った電子はX線のように物体を通過でき、

科学者がエジプトの大ピラミッドの

隠れた部屋を発見したり、

火山内部を覗きこんだりするのに貢献している。

 

 

 

そして今度は、

物理学者が自然界の未知の力を

解き明かすのに貢献するかもしれない。

 

 

 

原子は、陽子と中性子からなる原子核と、そのまわりを回る電子の雲でできている。

 

 

原子は、

陽子と中性子からなる原子核と、

そのまわりを回る電子の雲でできている。

 

 

 

フェルミ研究所は、

2023年8月10日付けの声明の中でこう述べている。

 

 

Z世代の環境活動家・露木しいな氏が提言。環境問題の解決に必要なこと
 
 
 
 
Z世代の環境活動家・露木しいな氏が提言。
 
環境問題の解決に必要なこと
 
 
 

「ミューオンの内部には、

電子と同じように、

いわば小さな磁石のようなものがある。

 

磁場が存在すると、

回転するコマの軸のような

歳差運動(首振り運動)をする」

 

 

物理学者がこのミューオンを研究する際には、

超伝導磁石リングのなかで

ミューオンを周回させる。

 

そして、

ミューオンが光速に近いスピードで、

リングを幾度なく周回するあいだに、

その挙動を測定する。

 

 

その結果、

ミューオンの歳差運動は、

素粒子物理学の標準理論で予測されるよりも

はるかに速いことが観察された。

 

素粒子物理学の標準理論

(Standard Model、「標準模型」とも)とは、

物理学者が素粒子の世界を説明し、

理解するために過去50年にわたって

用いてきた枠組みだ。

 

 

 

自然界の第五の力

 
 
 

「アインシュタイン・ローゼン・ブリッジ(宇宙構造におけるワームホール)」のイラスト。

 

 

「アインシュタイン・ローゼン・ブリッジ

(宇宙構造におけるワームホール)」のイラスト。

 

 

ミューオンの奇妙な歳差運動が、

標準理論から説明できないのであれば、

別の説明を探さなければならない。

 

 

考えられるひとつの説明は、

ミューオンの挙動は、

自然界の第五の力に影響されているというものだ。

 

そのほか、

未知のエキゾチック粒子の存在、

未知の次元の存在、

未知の時空特性などが考えられる、

と「ライブサイエンス(LiveScience)」は伝えている。

 

 

 

フェルミ研究所の上級物理学者ブレンダン・ケイシー

(Brendan Casey)はプレスリリースの中で、

「我々はいま、まさに新たな領域を探っている」

と述べている。

 

 

「ミューオンの磁気モーメントの測定は、

これまでの観察よりも正確になりつつある」

 

 

だが、ライブサイエンスによれば

標準理論を用いたミューオンの

歳差運動の予測に関してはふたつの方法があり、

そのふたつから得られる結果は

互いに矛盾しているという。

 

 

その矛盾を解消するものとして

科学者たちが期待している手段のひとつが、

もっと正確な測定だ。

 

フェルミ研究所の物理学者が今回、

2021年と比べて4倍のデータを集めた理由は

そこにある。

 

それにより、

実験の不確実性を2分の1に減らすことができたと

ライブサイエンスは伝えている。

 

 

フェルミ研究所の

「ミューオンg-2実験」共同広報担当者を務める

グラチアーノ・ヴェナンツォーニ

(Graziano Venanzoni)は、

最後の3年分のデータの解析を

「終えるころには、

精度がさらに2倍になっていることを期待している」

と述べている(研究チームは今回、

6年かけて集めたデータのうち、

前半の解析結果を発表した)。

 

 

その結果により、

自然界の第五の力の存在が明らかになれば、

科学界屈指の大きな疑問のいくつかを

説明するのに役立つかもしれない。

 

たとえば、

暗黒物質(ダークマター)とは何か、

暗黒エネルギー(ダークエネルギー)とは何か、

なぜ宇宙には、

反物質よりもはるかに多くの物質が

存在するのか、といった疑問だ。

 

 

そうした疑問に答えるためには、

標準理論の枠から脱却する必要が

あるかもしれないことは科学者たちも認識している。

 

 

そして、

ミューオンの歳差運動のような謎は、

物理学の次なる革命につながる道を示す

パンくずになるかもしれない。

 

 

 

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