大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の稼働再開初日に学んだこと

3年間のアップグレードとメンテナンスを経て、世界最大かつ最強の粒子加速器である大型ハドロン衝突型加速器（LHC）が3回目の運転を開始した。火曜日の東部夏時間午前10時47分、この原子衝突型加速器はスイスにある16.7マイルの超伝導磁石のリングに陽子ビームを照射した。新たなアップグレードにより、LHCは衝突エネルギーを13.6兆電子ボルトまで高めることができる（以前の運転は8兆電子ボルトと13兆電子ボルト）。物理学者たちは、この強度でこの装置が4年近く運転されると予測しており、素粒子物理学の分野に新たな知見をもたらすことになるだろう。

「これは大きな増加であり、新たな発見への道を開くものだ」と欧州原子核研究機構（CERN）の加速器・技術担当ディレクター、マイク・ラモント氏はプレスリリースで述べた。

新しいLHC時代の目標の1つは、10年前にこの衝突型加速器が発見した素粒子であるヒッグス粒子の構造をより深く理解することだ。ヒッグス粒子は、数十億年前に宇宙を創ったビッグバンから10～12秒後に生成された粒子で、科学者らはヒッグス粒子が電子やクォークなどの他の粒子に質量を与えると理論づけている。

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LHCを運営するCERNの科学者たちは、ヒッグス粒子がミューオンなどの他の物質に崩壊する様子を測定する予定だ。「これはヒッグス粒子研究におけるまったく新しい成果であり、第二世代の粒子もヒッグス機構を通じて質量を得ることを初めて確認することになる」とCERNの理論家ミケランジェロ・マンガーノ氏はプレスリリースで述べた。

LHC のアップグレードにより、物質と反物質の非対称性の起源 (なぜ反物質より物質の方が多いのかという未解決の謎) など、宇宙のその他の基本的な特徴もより正確に測定できるようになります。その他の関心領域には、暗黒物質の探索や、極度の温度と密度下での物質の研究などがあります。

これらの希少な原子粒子を探すために、LHC には粒子ビームのエネルギーを増強する複数の加速装置が搭載されています。この装置では数千個の磁石が使用され、粒子同士をより近づけて衝突の可能性を高めます。これらのビームは衝突するまでほぼ光速で移動し、科学者が原子の内部を研究できるようにします。

物理学者は粒子の衝突を通じて、物質の最小の構成要素について多くのことを学んできた。また、火曜日に CERN はペンタクォーク 1 個とテトラクォーク 2 個という 3 つの新しいエキゾチック粒子の存在を示す証拠を発表した。この発見は、クォーク (分数の電荷を持つ原子核粒子のペア) の形成方法を物理学者が理解するのに役立つ可能性がある。クォークが結合すると、原子核内の陽子と中性子 (ハドロンとも呼ばれる) が生成されると考えられている。

また、3つ以上のクォークからなる粒子であるエキゾチックハドロンの生成を説明するのに役立つかもしれない。「テトラクォークとペンタクォークの新種を発見し、その特性を測定することは、理論家がエキゾチックハドロンの統一モデルを開発するのに役立つだろう。エキゾチックハドロンの正確な性質はほとんどわかっていない」と、この発見の責任を負っている実験の広報担当者、クリス・パークスはCERNの別のプレスリリースで述べた。LHCの稼働により、科学者は宇宙の秘密の解明に一歩近づくかもしれない。