素粒子物理学の枠組み「標準模型」の先には何があるのか？

素粒子の標準模型とは

2012年にヒッグス粒子が発見され、「標準模型」と言われる素粒子物理学の理論的枠組みが完成しました。この標準模型は、基本的な相互作用とされる4つの力のうち、「電磁気力」、「弱い力」、「強い力」の3つを含む理論体系で、ノーベル物理学賞を受賞した小林・益川理論もこの中に含まれます。標準模型は、地球上で実験的に作り出せるあらゆるミクロの現象をほぼ矛盾なく説明することができる強力なものです。しかし、一方で、「重力」を含んでおらず、また宇宙に物質が存在し、反物質が存在しない謎などについても、この理論では説明することができません。

標準模型を超える物理を探す

そのため、多くの研究者は、標準模型を超えるより大きな理論的枠組みが存在すると考えています。しかしながら、標準模型を超える枠組みを実験的に探るのはそれほど簡単ではありません。標準模型はあまりに強力であり、素粒子実験で得られる結果をことごとく標準模型が説明してしまうためです。高エネルギー加速器研究機構で予定している加速器実験「スーパーBファクトリー実験」では、電子とその反粒子である陽電子をこれまでにない高い頻度で衝突させ、標準模型では説明できない極めて小さな手がかりを、膨大な実験データの中から探しだそうとしています。

もうひとつの鍵はニュートリノ

標準模型を超える枠組みを実験的に探るもうひとつの鍵は、ニュートリノです。
ニュートリノは電子と性質が似ていますが電荷を持っていません。ニュートリノはなんでも通り抜けてしまうため捕えることが難しく、その性質はまだ多くの謎に包まれています。もしかすると標準模型からはみだした性質を持っているかもしれません。例えば、電荷がないため、粒子＝反粒子かもしれません。もしそうだとすると、反物質が消えた謎を解く大きな鍵になります。この性質を調べるために、「ニュートリノを出さない二重ベータ崩壊」という現象の探索が世界各地でおこなわれています。

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先生情報 / 大学情報

東京都立大学理学部物理学科教授角野秀一先生

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素粒子物理学

メッセージ

世界が存在するのは、一見、当たり前のようですが、ミクロの世界を詳しく調べてみると、さまざまな奇跡的な偶然の上に我々が存在していることがわかります。例えば、星や我々人間を形成している「物質」がなぜ存在しているでしょうか。これは実はとても難しい問題で、まだ誰もその答えを示すことはできません。
このように、自分の身近にあることを「素朴な疑問」を持って見つめ直せば、当たり前だと思われることの中にも謎があり、それを探求することで新しい発見につながるかもしれません。

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