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October 08, 2013

おめでとう!ヒッグス粒子、ノーベル物理学賞2013

ネットはヒッグスで溢れていますが、一応当ブログでも。


2013年ノーベル物理学賞 ヒッグス機構の提唱者に 2013-10-08

 2013年のノーベル物理学賞は,力を伝える粒子に質量を与えるメカニズム「ヒッグス機構」の理論を提唱したベルギー・ブリュッセル自由大学名誉教授のアングレール博士(Francois Englert)と英エディンバラ大学名誉教授のヒッグス博士(Peter Higgs)に授与されることになりました。

 理論が提唱されたのは1964年ですが,ヒッグス機構によって存在が予言された「ヒッグス粒子」はこれまで数多くの実験によっても検出されていませんでした。それが2012年7月,スイス・ジュネーブ郊外の欧州合同原子核研究機構(CERN)にある世界最強の加速器LHCを用いた2つの国際共同実験,ATLAS実験とCMS実験で,ヒッグス粒子とみられる新粒子が発見されました。ここに示す写真は,同年7月4日にCERNで行われたヒッグス粒子とみられる新粒子発見の発表に招かれたアングレール博士(手前左)とヒッグス博士(同右)です(写真はCERN提供)。
 その後,さらにLHCでの実験が進み,今年3月,新粒子がヒッグス粒子であることが確定,ヒッグス機構が検証されたことから今回の受賞となりました。日本はATLAS実験の中心メンバー国で,ヒッグス粒子の発見に大きな貢献を果たしました。「研究の重要性が評価されて今回のスピード受賞となった」と実験グループの浅井祥仁東京大学教授は話しています。
 ヒッグス機構のおおもとのアイデアは米シカゴ大学名誉教授の南部陽一郎博士が1959年に提唱した「対称性の自発的破れ」という概念です。南部博士は,陽子や中性子など物質を構成する粒子に質量を与えるメカニズムとして,この概念を用いました。
 アングレール博士と共同研究者でブリュッセル自由大学の同僚のブラウト博士(Robert Brout,2011年死去)は,この南部博士の研究に刺激を受け,力を伝える粒子(ゲージ粒子と総称されます)に対称性の自発的破れのメカニズムを適用すると,無理なく質量を与えられることを示しました。約2カ月遅れてヒッグス博士も独立に同様の研究成果を発表しました。それらがいわゆるヒッグス機構です。ノーベル賞の記者発表では3人の名前の頭文字を取ってBEH-MECHANISMと表記しています。
 ただ1964年に発表されたアングレール博士とブラウト博士の共著論文も,ヒッグス博士の論文も抽象度が高い内容で,実際に素粒子に働く力を担うゲージ粒子に質量を与えるところまでは説明できていませんでした。1967年,それを最初に成し遂げたのが米テキサス大学オースティン校教授のワインバーグ博士(Steven Weinberg)で「電弱統一理論」と呼ばれるものです。
 電弱統一理論では,原子核内部の狭い範囲で働き,ベータ崩壊という放射性崩壊などを起こす「弱い力」を担う3つの素粒子が持つ質量がヒッグス機構によって説明されています。また宇宙誕生直後の超高エネルギー状態では弱い力と電磁気力は「電弱力」という1つの力であったことも説明されます。LHCを用いたATLAS実験とCMS実験で発見されたヒッグス粒子は,いわば“電弱統一理論版”のヒッグス機構によって存在が予言されたヒッグス粒子になります。
 ヒッグス機構で中心的な役割を担うのはヒッグス場という一種の場です。宇宙が誕生した時に,ヒッグス場もできましたが,最初のうちは素粒子に質量を与えていませんでした。つまりすべての素粒子の質量はゼロで,素粒子は光の速さで動き回っていました。その後,宇宙が冷えていくと,ヒッグス場に水が氷になるような状態の変化(いわゆる場の凝縮)が起きました(そうした変化を起こすメカニズムが対称性の自発的破れです)。その結果,弱い力を担う素粒子とヒッグス場が強く結びついて,光より遅い速度でしか動けなくなりました。これを私たちは質量を持っている状態として認識しているわけです。

もうヒッグス粒子が「受賞」することは去年から決まっていた感がありますね。

この受賞にめぐり合わせた我々物理ファンもうれしゅうございます。

しかし、兎に角科学者は長生きをせねばいけませんね。
若いころから業績を積むのは当然としても。

東大理学部の浅井祥仁先生の解説がわかりやすいようです。
http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/awards/nobel2013/

NHKでは日本人の貢献も讃えています。


ヒッグス粒子発見に日本の貢献

こうした実験装置の建設に大きく貢献したのが、日本企業の高い技術力です。例えば、「加速器」の中を光に近い早さで飛ぶ陽子の軌道を制御する電磁石のコイルには、日本の金属素材メーカーの導線が使われています。この特殊な導線を作るには、これまでにない繊細な技術が必要で、メーカーは試行錯誤の末、長さ1メートル余りの銅の筒を40キロメートルまで引き延ばす技術を開発しました。また、この導線を超電導状態とするためにマイナス271度の極低温に冷やす冷却装置も日本のメーカーが製造しました。一方、「検出器」には、日本の半導体メーカーの高い感度のセンサーが採用されるなど、CERNは日本企業の技術を高く評価しています。CERNでプロジェクトの責任者を務めたリン・エバンス博士は、「日本はヨーロッパにはない高い技術をもたらした。日本企業の貢献は加速器の建設にとって欠かせないものだった」と話しています。

膨大なデータを研究

ヒッグス粒子を見つけるための実験は、スイスのCERN=ヨーロッパ合同原子核研究機関で5年前に始まり、世界30か国以上からおよそ6000人の研究者が参加しました。日本からも100人余りの研究チームが加わり、日本とスイスを往復しながら、ヒッグス粒子の発見に貢献してきました。日本の研究チームが取り組んだのが、膨大なデータの中からヒッグス粒子が存在する証拠を見つけ出す作業です。CERNの巨大な「加速器」を使った実験では、原子を構成する陽子を光に近い速さまで加速して正面衝突させ、その際に飛び散る無数の粒子のデータを検出器を使って集めます。日本の研究チームはこの膨大な粒子のデータの中から、ヒッグス粒子を見分ける特別な分析方法を開発し、発見につながるデータ解析に成功しました。


素粒子物理学の発展は日本の協力がなくしてはできないでしょう。

ただ「神の粒子」とは違うと思う。人気blogランキング・自然科学にぷちっとな。【押す】≪応接室、ちょっと不具合が出ています。少々お待ちください≫

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