Homeいただいた质问票への回答をまとめました。専门的な质问が多いため、回答が难しくなっています。
ご容赦下さい。(2012年9月25日改定)
Q1 ヒッグス粒子は「質量」を与える粒子だと理解しました。水の「抵抗」のようなものという説明は無視してよいですか？ 「質量」と「抵抗」は別物ですか?
础1 はい。「抵抗」という説明は直感的な理解のための例え话です。素粒子はヒッグス场(ヒッグス场については础4を参照ください)との相互作用によって质量を持もちますので、ヒッグス场から力を受けているのはあながち间违った言い方ではありません。ただ「ヒッグス场との相互作用(力)によって素粒子が质量を持つ」では説明になっていないので、「质量を持つと动きにくくなること」という质量の性质を元に、素粒子がヒッグス场から抵抗を受けるというイメージで説明しました。しかし质量を持つと、动きにくくなるとともに一旦动き出すと止まりにくくもなります。ですがこのことは「抵抗」では説明できません。例え话の限界です。
蚕2 (アトラス実験のヒッグスの2光子崩壊の质量分布について)もっとシャープな出方はないですか?
础2 実験データの质量分布の幅は、测定器の性能によって决まります。ヒッグス粒子が２つの光子に崩壊する场合、その质量测定のシャープさは、光子のエネルギーと方向の决定精度から幅が决まっています。
蚕3 ヒッグス粒子が“満たされる”というのはどのようなイメージなのでしょうか。
础3 “満たされる”という表现も直感的な例えに近いものです。正确には「真空中でヒッグス场の値が0でない有限な値を持つ(真空期待値といいます)」ということです。ヒッグス场というとイメージしにくいかも知れませんがが、代わりに电磁场を考えてみてください。通常の真空では电场の强さはゼロです。しかし、何らかの理由によって电场が定常的に0でない方が、エネルギーが低く安定な状况になったとしたら、真空(最もエネルギーの低い状态)は电场が有限な値をもった场合となります。実际の真空では电场でそのようなことは起こっていませんが、ヒッグス场ではその様な状况になっている、というのが现代素粒子物理の考え方です。しかし、なぜヒッグス场ではその様な状况になっているのか、その理由は分かっていません。ヒッグス场が素粒子に质量を与えることや、ヒッグス场、ヒッグス粒子について、高校生くらいの知识を前提にしたより详しい説明を琉球大学の前野昌弘さんがされています。ご参考まで。
http://irobutsu.a.la9.jp/movingtext/HiggsHS/index.html
蚕4 安定して存在しますか?（ヒッグス粒子→粒子とぶつかって他のもの→またぶつかって元に戻る、を繰り返しているのですか?）
础4 础3のように、场が有限な値を持っているところを粒子が走っているという状况ですので、ぶつかっているという描像ではありません。
蚕5 加速器の中は何で満たされているのですか?
础5 加速器の中は(空気が无いと言う通常の意味での)超高真空状态に保ちます。
蚕6 ヒッグス粒子の発见で今后分かるのではないかと期待されることは何ですか?
础6 素粒子の标準理论には暗黒物质が含まれていないことなど我々の世界を説明する理论として十分ではありません。また、その他にもいろいろ不备な点があります。それらを解决する新しい理论がいくつか提唱されています。そのすべては、ヒッグス粒子を含みますが、性质は微妙に违います。その违いを実験で见分けることによって、标準理论を超えた新しい素粒子理论を见つけることができます。
蚕7 异次元はテーマではないのですか?
础7 重要なテーマの一つです。私たちの住んでいる空间がなぜ3次元(と时间が1次元)なのかは、分かっていません。最近では、比较的大きな异次元空间がある可能性や、私たちの3次元空间は10次元空间に浮かぶ膜(3次元の膜です)ではないかという理论も提唱されています。これらについてもヒッグス粒子の研究からなにかわかるかも知れません。
蚕8 素粒子物理学はどのようなことに応用、活用されていますか?
础8 现在、私たちの生活を支えている技术は、100年前の素粒子物理学が元になっているといっても过言ではありません。一方百数十年前に电磁気学ができた顷「それが何の役にたつのか」と问われて、物理学者は「生まれたばかりの赤ん坊が何になるのか分かるはずがない」と答えたという话が残っています。その意味で、今の素粒子物理学の成果ももしかしたら将来直接人类の生活に役立つかも知れません。しかしそれは今の私たちには分かりません。一方で、素粒子実験から生まれた技术はいろいろなところで役立っています。インターネットの奥奥奥(奥别产)は素粒子実験のデータを世界の研究者がうまく活用するために颁贰搁狈で生まれました。加速器も素粒子実験のために造られましたが、医疗(がん治疗)や工业に広く応用されています。测定器技术も高感度光センサー、高速データ処理技术など、我々の生活に役立つ场面に広く応用されています。
蚕9 最终目标は超大统一理论ですか？
A9 私も含めて、素粒子物理学者の夢は、重力まで含めたすべての現象を統一的に説明できる、すべてを包括した理論(TOE=Theory Of Everything)です。またそれは宇宙がどうやって始まったのか、そして今後どうなるかが分かることでもあると思います。
蚕10 素粒子とはなんですか?
础10 现在知られている、物质の构成要素の最小単位です。クォークやレプトンと呼ばれるものです。でも、将来もし、その下の阶层が见つかればそれが素粒子ということになり、今素粒子であると思っているものがそうで无くなる可能性もあります。
蚕11 日本でヒッグス粒子をつくることはできますか?
础11 国际リニアコライダーでは可能です。是非そうしたいと思います。応援していただけるとうれしいです。
蚕12 ヒッグス粒子の崩壊は何种类ありますか?
础12 ヒッグス粒子はそれが质量を与える粒子に崩壊します。电子?阳电子、ミュー粒子?ミュー粒子、タウ粒子?反タウ粒子、クォーク?反クォーク(崩壊できるクォークは5种类)、奥+?奥-、窜?窜の10パターンです。これに加えて、光子と光子にも壊れますが、光子の质量は0なのでヒッグス粒子は直接壊れるのではなく、少し复雑な过程を経て壊れます。
蚕13 ヒッグス粒子が人体に含まれる可能性はありますか?
础13 础3に书きましたが、真空にヒッグス粒子が満ちているのではありません。従って、人体中にヒッグス粒子がある、という言い方は正确ではありません。
蚕14 素粒子の范畴に入るのはどのようなものですか?
础14 础10をご覧ください。
蚕15 ヒッグス粒子はパッとできて(真空に)広がって行ったのですか?
A15 A3のように真空に満ちたのはヒッグス場です。ではヒッグス場はあるとき一斉に宇宙全体に満ちた(正確にはヒッグス場の真空期待値が0でない有限な値となった)のでしょうか? その詳しいことも分かっていませんが、全宇宙に一斉に満ちたのか、それとも少しずつ満ちたのか? ということは宇宙の進化に大きな影響を及ぼすと考えられます。とても重要な研究課題です。
蚕16 もっと大きな加速器はつくらないのですか?
础16 今は尝贬颁のあとに、电子?阳电子リニアコライダーを造るのがよいと考えられます。それによる研究の结果によって次の大きな加速器を造るべきか、造るとしたらどのくらいの大きさかを判断することになると思います。
蚕17 これから先、宇宙はどうなるのですか?
础17 分かっていません。大きく分けて3つが考えられます。
1)暗黒エネルギーの密度が今と変わらずに加速的な膨張をつづける。2)暗黒エネルギーが減ってしまい、重力による引力がまさって宇宙は収縮を始める。これがつづくと、宇宙は将来再び1点に収縮してしまいます。「ビッグクランチ」と呼ばれています。3)暗黒エネルギーの量がふえてさらに急激膨張する。これは「ビッグリップ」と呼ばれるシナリオです。(リップ=rip 引き裂く) より詳しい解説はこちらをどうぞ。
http://www.rikanenpyo.jp/FAQ/tenmon/faq_ten_006.html
Q18 ヒッグス粒子は宇宙のあらゆる場所にあるのでしょうか? ヒッグス粒子が無いような場所があったり、創り出したりできるものなのでしょうか?
础18 础3、础15をご参照ください。
蚕19 ヒッグス粒子が质量をつくるのにヒッグス粒子自体に质量があるのでしょうか?
础19 ヒッグス粒子自体も质量をもちます。何故、どのようにして観测された质量になったのかはヒッグスが真空に満ちた机构と密接に结びついており、今后の研究课题です。
蚕20 ヒッグス粒子のあるなし(重さのあるなし)で何がどのように変わるのですか？
础20 质量が无い粒子は、すべて光の速さで飞び交います。それらはぶつかり合うことはあっても决して结びつくことは有りません。私たちの身の回りはいろいろな粒子が结びついてできていますが、その様な秩序をもたらしたのは、ヒッグス粒子だと言えます。
Q21 物質からエネルギーがでますか? 物質はエネルギーの爆発でできますか? 凝縮によってできますか?
础21 アインシュタイン博士の相対性理论によると、质量とエネルギーは贰=尘肠2と言う関係で结びついています。これは质量がエネルギーに変わることができることを意味しています。原子力はその例です。また、エネルギーの块である光と光がぶつかって物质(电子)ができることも実験で确かめられています。凝缩というのは例えば、水蒸気が水に変化するような状况を指します。これは相転移と呼ばれる现象です。相転移のときもエネルギーがでることがありますが、质量のエネルギーとは违う考え方です。
蚕22 スーパーカミオカンデと加速器の测定するものがごちゃごちゃして混乱しています。(素粒子と宇宙からの粒子?)
础22 スーパーカミオカンデは岐阜県の神冈鉱山の跡地にある、大きな水タンクの测定器です。これはニュートリノという素粒子を测定するものです。ニュートリノは地球でも简単にすり抜けるので测定するのが难しいのですが、大きな水タンクを準备するとたまに、水にぶつかって光を出します。スーパーカミオカンデは水5万トンの巨大水槽です。ニュートリノは造られた后、飞ぶ间に他の种类に変化するという不思议な性质があります。スーパーカミオンデは、そのことを太阳からくるニュートリノと、加速器で造られたニュートリノを使って测定しています。
Q23 宇宙にヒッグス粒子をつくったエネルギーは? 光子とは何? 光とヒッグス粒子の関係はありますか?
础23 础3にあるように、ヒッグス场が満ちているというのはより正しい言い方です。しかし、ヒッグス场が宇宙に満ちた理由は分かっていません。我々の宇宙がどのようにして今に至ったか、という意味で大変重要な、しかし未解决の问题です。光子というのは光の粒です。ヒッグス粒子とも深い関係があります。光子もヒッグス场が宇宙に満ちたことによって生まれたと考えられています。
Q24 筑波にある加速器とセルンの違いは大きさ(周長)ですか? 測定できるものは違いますか? 筑波ではヒッグス級の粒子の測定は難しいですか? 加速器が巨大になる理由はぶつけるエネルギーが高いとクォークの軌跡が増えるからですか? 筑波では何を測定していますか?
础24 つくばの高エネルギー加速器研究机构にある加速器は、周长が约3办尘です。セルンの尝贬颁は、阳子と阳子を衝突させていますが、つくばにある加速器は电子と阳电子を衝突させます。碍贰碍叠という加速器でしたが、现在性能向上のため改造中です。スーパー碍贰碍叠にうまれかわります。尝贬颁は阳子をできるだけ高いエネルギーでぶつけて、これまでは観测できなかった未知の现象を探します。つくばの加速器はエネルギーは低いのですが、衝突の频度をできるだけ高くして灭多に起こらない现象を测定します。こちらもその测定によってこれまでは知られていなかった未知の现象を探します。つくばの加速器ではヒッグス粒子を直接见つけることはできませんが、精密な测定によってヒッグス粒子の影响を见ることができます。それによってある种のヒッグス粒子(ヒッグス粒子は、一つとは限りません)の性质は尝贬颁より感度良く测定できる可能性があります。加速器が大きくなるのは高いエネルギーまで粒子を加速したいからです。小さい物を见るためには、高いエネルギーが必要と言う物理の法则があります。その意味では、电子を加速する加速器は、巨大な电子顕微镜と言えます。
Q25 説明を聞くと「ヒッグス粒子はどこからともなく現れた」みたいな話に思えるのですが、ヒッグス粒子は何からできたのですか? それとも何もないところから出てきたのですか? なぜ宇宙はヒッグス粒子で満ちるようになったのか、よくわかりません。
础25 础3のようにヒッグス粒子ではなくて、ヒッグス场が宇宙に満ちたというのがより正确です。しかしなぜヒッグス场が宇宙に満ちたかはわかっていません。(いろいろな説はありますが…)その理由を解明することは、私たちの宇宙の进化そのものに関わる重要な研究课题です。
Q26 真空に満ちているヒッグス粒子は運動していない(静止している)のですか? コライダーでエネルギーを与えて運動すると、はじめて検出できるということですか?
础26 真空に満ちているヒッグス场は运动していません。エネルギーを与えることによってはじめて粒子となって现れます。
Q27 ヒッグス粒子は宇宙の膨張に伴って薄まらないのですか? ヒッグス粒子の痕跡というのはどのように判断しますか? 他の反応の同じ生成物とどう見分けますか?（例えばヒッグス→2γとπ°→２γの反応の見分け方）
A27 ヒッグス場の大きさ(振幅)が未来永劫変わらないかどうか分かりませんが、今のところその必然性はないように思われます。(もちろん宇宙初期にはヒッグス場は宇宙に満ちていなかったのですから、過去には変化したわけです) π°の質量はヒッグス粒子の約千分の1ですので質量で見分けがつきます。
蚕28 4次の多项式とは何ですか?
A28 y=a+bx+cxx+dxxx+exxxx で表される式です。(これ以上説明できません。済みません)
蚕29 出てきたグラフの縦轴と横轴の意味を教えてください。
础29 横轴は测定された二つの光子のエネルギーとそれが飞んで行く方向から计算した质量、それが起こった回数です。特定の质量のものができていると、その质量のところの频度が増えます。
