宇宙のあらゆるものには質量がありますが、質量とは一体何なのでしょうか。それはどのようにして生まれたのですか?

更新日: 40-0-0 0:0:0

広大な宇宙では、すべての惑星、すべての塵の粒子、さらには目に見えないすべての素粒子でさえ、独自の質量を持っています。質量は物体の存在の基盤であり、物体がどのように動き、互いに相互作用するかを決定します。しかし、この一見シンプルに見えるが、膨張し続ける宇宙を探求しようとすると、質量の性質は不可解なパズルになります。それは正確には何ですか? それはどのようにして生まれたのですか?

その答えを求めて、科学者たちは大宇宙から小宇宙へ、遠い銀河からすべてを構成する素粒子へと渡ってきました。彼らは、宇宙の質量の謎を理解するためには、肉眼では見えない秘密を探求するという、最も小さなスケールから始める必要があるかもしれないことを発見しました。

雄大な山であろうと小さな細胞であろうと、私たちが見るすべての物体は原子でできています。そして、小さな粒子の世界である原子核は、すべての物質の基礎です。原子核の奥深くには、量子力学と呼ばれる特異な法則があり、これは私たちが日常生活で経験するものとはまったく異なる、微視的な粒子の振る舞いを表しています。

量子力学は、微視的な粒子は巨視的な物体のように明確な位置と速度を持たず、漠然とした確率的な状態で存在することを示しています。さらに驚くべきことに、量子力学はボイドスペースでの活動も予測します - 一見何もないスペースでも、粒子は絶えず現れたり消えたりしています。これは量子ゆらぎとして知られるプロセスです。これらはすべて、原子核よりも小さなスケールで発生します。

量子力学の理論は、物質のない空間でも、粒子の誕生と死に満ちた素晴らしい世界に私たちを連れて行きます。これらの粒子は無に現れ、宇宙の幽霊のように一瞬にして死に、跡形もなく行き来します。これらの粒子の存在は私たちの肉眼では見ることができませんが、それらの活動は周囲の物質に影響を与える可能性があります。

このような粒子の変動する活動は、ボイド空間が実は無ではないことを裏付けるだけでなく、物質とエネルギーの関係について新たな理解を与えてくれます。この小宇宙の舞台では、ボイドスペースはもはや静的で不変の背景ではなく、ダイナミックで絶えず変化するダイナミックなシステムです。

カシミール効果は、量子力学によって予測された特異な現象であり、ボイド空間での活動の力を示しています。 1948で、ヘンドリック・カシミールは仮説を立てました:2つの金属板が非常に近くに配置されている場合、それらの間のボイドスペースでの量子活動は異なります。ケシミールは、ボード間のスペースが小さすぎるため、特定のエネルギーの粒子が存在できず、ボードは目に見えない力によって互いに押し合わされると信じていました。

この理論は当時は革命的に聞こえましたが、科学者がその効果を実験的に検証したのは数年後のことでした。金属板が近接して配置されると、カシミールが予言したように、それらは実際にボイドスペースでの活動によって一緒に押し出されます。この実験は、量子力学の予測を確認するだけでなく、さらに重要なことに、ボイドスペースでさえ物体を動かし、現実に影響を与える力を持っていることを示しています。

在探索宇宙質量之謎的旅程中，人類建造了史上最強大的科學裝置——大型強子對撞機（LHC）。這座位於瑞士日內瓦的巨型機器，深入地下五十米，其任務是將次原子粒子加速至接近光速，然後讓它們在高速對撞中破碎，從而揭示物質最深層次的秘密。

LHCはテクノロジーの奇跡であるだけでなく、人間の好奇心の象徴でもあります。世界中の数十か国の科学者の協力が必要で、構築と運用にはコストがかかります。コライダーによって生成された粒子断片の分析を通じて、科学者たちは、物質の組成に関する私たちの理解に挑戦し続ける多くの新しい粒子を発見しました。 LHCの最終的な目標は、他の粒子に質量を与える謎の媒質であると考えられているヒッグス粒子として知られる重要な粒子を見つけることです。

素粒子物理学の世界では、ヒッグス場は重要な概念です。これは、1964でピーター・ヒッグスによって提案されました:なぜ素粒子は異なる質量を持つのかという中心的な質問を説明するために。ヒッグス場理論によれば、この場はどこにでもあり、海のようにすべての粒子を取り囲み、粒子はこの場を通過するときに質量を増します。

この理論は、質量の生成を粒子とヒッグス場との相互作用に起因すると考えています。名声や大きさの異なる俳優がパパラッチを通過するのと同じように、粒子がヒッグス場を通過する難易度も異なり、その結果、彼らが得る性質も異なります。この相互作用により、軽い粒子は容易に貫通できますが、重い粒子はフィールド内でより大きな抗力を受けるため、質量が大きくなります。ヒッグス場理論は、粒子がどのように質量を得るかを理解するための枠組みを提供し、この理論の確認は物理学における大きなブレークスルーとなるでしょう。

ヒッグス場の理論は理論的には説得力がありますが、その存在を証明することは困難です。ヒッグス場の存在を証明できるヒッグス粒子を見つけるために、科学者たちはLHCのような粒子加速器を建設しました。ヒッグス粒子は非常にまれで検出が難しいと考えられており、宇宙の幽霊のようなもので、極端な条件下では短時間しか現れません。

ヒッグス粒子を見つけることの重要性は、ヒッグス場の存在を確認するだけでなく、それが私たちの宇宙の理解をどのように変えるかということでもあります。ヒッグス粒子が見つかれば、物質の質量の起源を確認し、粒子がどのように結合して私たちが見るすべてのものを形成するかをさらに理解することができます。これは、人類の自然界に対する理解の飛躍であり、宇宙に対する私たちの理解を新たなレベルに引き上げるでしょう。