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約2年間のメンテナンスと修理を経て、6月3日水曜日の早朝、CERNの大型ハドロン衝突型加速器(LHC)は、衝突エネルギーのほぼ2倍である13 TeVという前例のないエネルギーで新しい物理データを取得する準備を開始する予定です。最初の実行の。このレベルのエネルギーはビッグバン以来見られていません。
世界最大の原子粉砕機は、暗黒物質の謎を解き明かすなど、物理学の新たな境地への道を開く準備ができています（星や銀河など、私たちが宇宙で見ている物質は、地球全体のわずか約4パーセントを占めています）宇宙）、反物質、ビッグバン時の状態。
それは、宇宙の起源に近づくことができるタイムマシンのようなものです。粒子を元素部分に分解すると、より小さな短命の粒子が多数放出され、物質の構造や宇宙の形成方法について知ることができます。
2012 年 7 月 4 日、CERN は粒子に質量を与えるヒッグス粒子 (「神の粒子」としても知られる) の発見を発表しました。これは、宇宙の仕組みについて最も広く受け入れられているモデルである、いわゆる標準モデルの実験的に検証される最後の粒子です。
質問と回答
CERN の許可を得て資料を複製
LHCとは何ですか？
LHC は、陽子またはイオンを光速近くまで押し出す粒子加速器です。これは、途中で粒子のエネルギーを高める多数の加速構造を備えた超伝導磁石の 27 キロメートルのリングで構成されています。
なぜ「大型ハドロン衝突型加速器」と呼ばれるのでしょうか？
「大」とはその大きさを指し、周囲約27km
「ハドロン」は、ハドロンと呼ばれる粒子のグループに属する陽子またはイオンを加速するためです。
「コライダー」とは、粒子が反対方向に進む 2 本のビームを形成し、マシンの周囲の 4 点で衝突するためです。
LHCはどのように機能しますか?
CERN 加速器複合体は、ますます高いエネルギーを備えた一連の機械です。各マシンは、チェーン内の次のマシンにビームを注入する前に、粒子のビームを所定のエネルギーまで加速します。この次の機械はビームをさらに高いエネルギーにします。 LHC は、ビームが最高のエネルギーに達するこのチェーンの最後の要素です。
LHC 内では、2 つの粒子ビームが衝突する前に光速に近い速度で移動します。ビームは、超高真空に保たれた 2 つのビームパイプという別々のビームパイプ内を反対方向に進みます。それらは、超伝導電磁石によって維持される強力な磁場によって加速器リングの周りに誘導されます。特定の特性温度以下では、材料によっては超電導状態になり、電流の通過に抵抗を示さないものもあります。したがって、この効果を利用するために、LHC 内の電磁石は、宇宙空間よりも低い温度である -271.3°C (1.9K) に冷却されます。加速器は、磁石を冷却する液体ヘリウムの広大な供給システムや他の供給サービスに接続されています。
LHC の主な目標は何ですか?
素粒子物理学の標準模型 (基本粒子とその相互作用を説明する 1970 年代初頭に開発された理論) は、さまざまな現象を正確に予測し、これまで素粒子物理学のほぼすべての実験結果をうまく説明してきました。不完全。多くの疑問が残されていますが、LHC がその解決に役立つでしょう。
質量の起源は何ですか?標準模型では、質量の起源や、一部の粒子が非常に重いのに他の粒子はまったく質量を持たない理由も説明されていません。しかし、理論家のロバート・ブロート、フランソワ・アングラート、ピーター・ヒッグスは、この問題を解決する提案をしました。ブロート・イングラート・ヒッグス機構は、粒子が現在「ヒッグス場」と呼ばれる、宇宙に広がる目に見えない場と相互作用するときに粒子に質量を与えます。ヒッグス場と強く相互作用する粒子は重く、弱い相互作用を持つ粒子は軽い。 1980 年代後半、物理学者はヒッグス場に関連する粒子であるヒッグス粒子の探索を開始しました。 2012 年 7 月、CERN は、ブロート・イングラート・ヒッグス機構を確認したヒッグス粒子の発見を発表しました。しかし、発見しただけで話は終わりではなく、研究者らはヒッグス粒子の特性を測定し、よりまれな崩壊を突き止めるために、ヒッグス粒子を詳細に研究する必要がある。
超対称性の証拠は見つかるでしょうか?他の力と同様の重力理論を構築することは依然として困難であるため、標準モデルはすべての基本的な力の統一的な説明を提供しません。超対称性 – 私たちが知っている標準粒子のより大規模なパートナーの存在を仮説とする理論 – は、基本的な力の統一を促進する可能性があります。
暗黒物質と暗黒エネルギーとは何ですか?私たちが知っている、すべての星や銀河を構成する物質は、宇宙の内容の 4% しか占めていません。暗黒物質 (23%) と暗黒エネルギー (73%) の原因となる粒子または現象の探索はまだ行われています。
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でしょうか?ビッグバンのとき、物質と反物質は同量生成されたはずですが、これまでの観測から、私たちの宇宙は物質だけでできています。
クォーク・グルーオン・プラズマはどのようにして宇宙の物質を構成する粒子を生成するのでしょうか?毎年一定期間、LHC は鉛イオン間の衝突を引き起こし、ビッグバン直後と同様の状態を再現します。重イオンが高エネルギーで衝突すると、実験で調べることができる高温で高密度の物質の「火の玉」であるクォーク・グルーオン・プラズマが一瞬形成されます。
クラウディオ・ロズミーノ著
