2,840 文字
CERNの次期所長が最近、LHCのアップグレードによって宇宙の終わり方を示せる可能性があると述べました。これまでは素粒子物理学の終わり方を示すだけでしたが、これは大きな進展です。詳しく見ていきましょう。CERNは世界最大の粒子加速器であるLHC（Large Hadron Collider）を擁しています。
来年、新所長としてイギリスの実験物理学者マーク・トムソンが就任します。彼はガーディアン紙のインタビューで次のように語っています。「ヒッグス粒子に関する特定の測定が宇宙の本質にとって非常に重要です」それは、陽子衝突で「一つではなく同時に二つのヒッグス粒子が生成される」場合についてです。
ガーディアン紙は、これについて「ヒッグス場が最終的な安定した状態に達しているのか、あるいは将来的に劇的な転移が起こる可能性があるのかを明らかにする可能性がある。後者のシナリオでは、私たちの知る宇宙がほぼ瞬時に蒸発してしまうことになる」と説明しています。これは真空の安定性、つまり物質を構成するすべての粒子の下にある空虚な空間についての話です。
通常、私たちは真空を無としてとらえていますが、素粒子物理学はその逆を教えてくれました。私たちが真空と呼ぶものは、実際にはヒッグス場で満たされているのです。ヒッグス場はヒッグス粒子と混同してはいけません。ヒッグス場は初期宇宙で形成された一様な凝縮体で、粒子をその上で引きずることで質量を与えます。
一方、ヒッグス粒子は比喩的に言えば、その凝縮体の上のさざ波のようなものです。通常、ヒッグス粒子について話すのは、それが場の存在を確認する唯一の方法だからです。そのため、ヒッグス粒子の発見は非常に重要だったのです。ヒッグス粒子には自己結合として知られる特別な性質があります。これは文字通り、自分自身との相互作用の強さのことです。
これは標準模型のあまり知られていないパラメータで、トムソンが言うように、2つのヒッグス粒子を生成する陽子衝突から導き出すのが最も良い方法です。これらの図表にその例があります。左側には陽子から来る2つのグルーオンがあり、agとマークされています。中央で上部クォークと何かが起こり、そこから2つのヒッグス粒子が出てきて相互作用します。
LHCがこの結合を測定できるのか、それとも信号がノイズに埋もれてしまうのかについては、かなり議論がありました。おそらくこれが、トムソンがガーディアン紙の記事で人工知能が助けになると強調し、「今では良い測定ができると確信している」と述べている理由でしょう。
このヒッグス粒子の自己結合は、真空の安定性を決定するパラメータの一つです。現在可能な推定によると、私たちの周りの真空は非常に長命ですが、完全には安定していないようです。物理学者が言うところの準安定状態です。これは、蛍光材料に光を当てるようなものです。これは電子をある程度の時間とどまることができるエネルギー準位に押し上げます。
しかし、最終的にその状態は安定ではないため、電子はより低いエネルギー準位に落ちます。これが光子を放出し、このような材料が長い残光を持つ理由です。私たちの真空が準安定であれば、最終的により低いエネルギー状態に崩壊するでしょう。
このプロセスで放出される過剰なエネルギーは、単に美しい輝きを生み出すだけでなく、すべてを粉々にしてしまいます。しかし、現在の推定では真空の半減期は極めて長く、およそ10の500乗年とされています。その時点では、すべての星は燃え尽きて黒穴に崩壊し、その黒穴さえも蒸発しているでしょう。
しかし、これは量子過程なので、一夜にして起こる可能性もわずかにあります。でも心配いりません。何が起きているかを知る前に、私たちは皆死んでしまうでしょう。ちなみに、このビデオには記憶力を確認できるクイズが含まれています。トムソンの発言は2つの理由で興味深いと思います。一つは、このヒッグスの自己結合の測定が、彼らの次の大型粒子加速器の主要な売りになっているということです。
つまり、今では基本的にそれが必要ないと言っているのです。彼らが作り上げた売りを除けば、これが最大の売りです。例えば、次の大型加速器は暗黒物質やダークエネルギーについて何か教えてくれるなどというたわごとです。もう一つ興味深い点は、トムソンが次の大型粒子加速器では新しい粒子は発見されないだろうという私の意見に同意しているように見えることです。
なぜなら、ヒッグスの自己結合が真空の安定性について何かを語ると信じるためには、他に発見すべき粒子がないことを前提としなければならないからです。もしあれば、それらも計算に入ってくるでしょう。これは少し驚くべきことです。なぜなら、私はそれを本当に信じている他の素粒子物理学者を知らないからです。
これは彼が意図したことではないのではないかと私は疑っています。彼は計算の仕組みを知らないか、それを知っている人が誰もこの小さな問題に触れないと確信しているのだと思います。でも、だからこそ私がいるのです。まとめると、素粒子物理学者たちはヒッグス粒子が自分自身とどのように結合するかを測定しようとしています。
彼らが何を測定しようとも、それは宇宙がどのように終わるかを教えてはくれません。そして彼らはまだ、彼らが嘘をつくたびに、私がここでそれを暴露することを学んでいないのです。科学的な内容をさらに深く理解する簡単で無料な方法があることをご存知ですか？はい、あります！Brilliantをチェックしてみてください。Brilliantは科学、コンピュータサイエンス、数学の幅広いトピックのコースを提供しています。
すべてのコースにはインタラクティブな視覚化があり、フォローアップの質問が用意されています。大規模言語モデルや代数についてもっと知りたい場合。Pythonでのプログラミングを学びたい、またはコンピュータのメモリがどのように機能するかを知りたい場合、Brilliantがカバーしています。学習が簡単で速く、時間のある時にいつでもどこでも学ぶことができます。そして毎月新しいコースが追加されています。
私もBrilliantで量子力学入門のコースを持っています。波動関数とは何か、重ね合わせともつれの違いは何かを理解するのに役立ちます。また、干渉、不確定性原理、ベルの定理もカバーしています。その後、量子コンピューティングや微分方程式のコースに進むこともできます。
もちろん、このチャンネルの視聴者のための特別オファーもあります。www.brillant.org/sabineのリンクを使用するか、QRコードをスキャンすると、Brilliantが提供するすべてのものを30日間試すことができ、年間プレミアムサブスクリプションが20%オフになります。ぜひチェックしてみてください。ご視聴ありがとうございました。また明日。
コメント