熱々のクォークスープと宇宙の始まり
ー ビッグバン直後の物質に迫る ー
初田哲男 (東京大学・理学系研究科)
物理学: 物質と宇宙の成り立ちを解明する学問
○ 物質は何から出来ているのか?
○ 物質はいつ生まれたのか?
○ 宇宙はどのように始まり、現在の姿になったのか?
理論物理: 湯川、朝永、南部、小林、益川…
実験物理: 江崎、小柴…
計算物理: “スーパーコンピュータ”
物理学の副産物
通信: 携帯電話、カーナビ
医療: X線、MRI、 PET
技術: 半導体、コンピュータ、ウェッブ
エネルギー: 原子力、核融合
輸送: 超伝導、リニアモーターカー
ノーベル物理学賞化学賞
メダル(裏)
現代的宇宙観
ミクロ
の探求
ウロボロス
風
物質は何から出来ているのか?
火
地
水
古代
20世紀初頭
20世紀半ば
20世紀後半
21世紀
現在知られている物質粒子
小林誠 益川敏英
南部陽一郎
陽子
クォークを見る
光
電子線
陽子
電子陽子衝突器
(HERA, 1992-2007)
ニュートリノを捕まえる
小柴昌俊
スーパーカミオカンデ
J-PARC
250 km
岐阜県
神岡町
茨城県
東海村
物質に働く“力”は、粒子の交換である
中間子論の提唱
湯川秀樹 (1907.1.23生)
(1947年ノーベル賞)
湯川方程式
量子電気力学の完成
朝永振一郎 (1906.3.21生)
(1965年ノーベル賞)
朝永方程式
現在知られている物質粒子と力の粒子
未発見!
現代的宇宙観
マクロの探求
宇宙の誕生と進化
原子の誕生
約38万年
星の誕生
約3億年
太陽系の誕生
約91億年
ビッグバン
熱々ののクォークスープ
時間 : 0.0001 秒
温度 : 1兆度
現在
137億年
宇宙は膨張している
ハッブルの法則
326万光年(1メガパーセク)先で
秒速約 70 キロメートルの速度
エドウィン・ハッブル(1889-1953)
ハッブル宇宙望遠鏡 (1990-)
宇宙の温度
COBE 衛星 (1989-1993) 2006年ノーベル賞
WMAP 衛星 (2001-)
温度 :
2.725 K
揺らぎの程度 : 0.0001 K
WMAP(2003)
ミクロとマクロの接点: ビッグバンと物質創生
ビッグバン宇宙論
ハッブルの法則+現在の宇宙温度+現在の宇宙元素量
アインシュタイン方程式
○
○
○
○
宇宙はビッグバン(高温の火の玉)で始まった
陽子・中性子は、0.0001秒間にクォークから合成された(温度1兆度)
元素(水素、ヘリウムなど)は3分間に陽子・中性子から合成された(温度1億度)
現在の宇宙年齢は137億年(温度3度)である
ジョージ・ガモフ
林忠四郎
素粒子の高温世界
原子核や原子の低温世界
(クォーク・グルーオン・プラズマ)
1兆度
宇宙温度
0.0001 秒
宇宙年齢
○ 1兆度の根拠は?
スーパーコンピュータによる計算
超並列コンピュータ PACS-CS
(筑波大学計算科学研究センター)
○ 実験室で1兆度をつくる?
原子核を光速で正面衝突させる
李政道
(1957年ノーベル物理学賞)
原子核を光速の99%で正面衝突させる ⇒ ミニ初期宇宙
10-12 [cm]
1兆度の再現実験(2001-)
1.2 km
1兆度の再現実験(2001-)
アメリカ・ブルックヘブン国立研究所
相対論的重イオン衝突加速器(RHIC)
(世界約15ヶ国、1000人の共同実験)
1.2 km
太陽の性質を探る手段
可視光で見る
X線で見る (太陽観測衛星ようこう)
ニュートリノで見る
(スーパーカミオカンデ)
クォーク・グルーオン・プラズマの性質を探る手段
光子
レプトン
(電子、ミューオン)
陽子、
中間子、
原子核など
クォークジェット
フェニックス測定器
(12ヵ国, 430名以上)
筑波大,KEK,東大,早稲田大,立教大,理研,
東工大,京大,広島大,長崎総合科学大など
スター測定器
(12ヵ国, 600名以上)
RHIC実験
[email protected]
大型検出器
(30ヵ国, 1000名以上)
広島大, 東大, 筑波大など
1兆度のミニ初期宇宙生成!
クォークスープはサラサラの完全流体!?
RHIC
温度 > 1兆度
温度 ~ 1兆度
SPS
AGS
温度 < 1兆度
100億
電子ボルト
衝突エネルギー
1000億
電子ボルト
[GeV]
ヨーロッパ共同原子核研究機構 セルン
大型ハドロン衝突型加速器(LHC)
光速の99.9%で陽子や原子核をぶつける
・質量の起源 (ヒッグス粒子)
・新しい素粒子(超対称性粒子)
・宇宙原始物質(クォーク・グルオン・プラズマ)
レマン湖
スイス
9 km
フランス
アリス測定器
この11月より
原子核衝突実験開始!
(1兆度から10兆度へ)
広島大、東大、筑波大など
謎は次々と現れる
ー物理学の醍醐味ー
1. クォーク物質の謎 (クォーク星)
2.未知の素粒子の謎 (超対称性粒子)
3.質量の謎 (ヒッグス粒子)
4.反物質の謎
5.暗黒エネルギーの謎
6.未知の次元の謎
・ 理論
・ 実験
・ スーパーコンピュータ
未知の世界を探求する人々は、地図を持たない旅人である
湯川秀樹
朝永振一郎
南部陽一郎
ご清聴
ありがとうございました。
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