反物質はどこへ消えた？

Miqo編集部 · 出典1件

何が問題なのか

どの粒子にも、反対の電荷を持つ相棒の粒子があります。2つが出会うと消滅し、放射に変わります。高温だった初期の宇宙では、こうした対が絶えず生まれては消滅していました。対称な法則に従えば、最終的には何も残らないはずです。

偏りの大きさは、次のように見積もられています。互いに消滅した10億組の対につき、物質の粒子が約1個余分にあったのです。星も私たち自身も含め、周囲に見えるすべてのものは、このごく小さな余剰の名残です。

偏りが生じるための条件は、ずっと前に定式化されています。自然法則が物質と反物質に対して少し異なる振る舞いをし、両者の量を変える過程が存在し、それらすべてが平衡状態の外で起きる必要があります。

最初の条件は一部満たされています。実際、いくつかの粒子を使った実験では、振る舞いにわずかな違いが見られます。問題は、見つかった違いがまったく足りないことです。観測された偏りを説明するのに必要な大きさの何百万分の1しかありません。

非対称性は確実に測定されているが、原因は見つかっていない

ここから導かれる結論があります。物質が残ったという事実に疑いはありません。私たち自身が物質でできているからです。一方で、その説明はまだなく、物理学における主要な未解決問題の1つになっています。

いくつかの可能性が調べられています。粒子と反粒子の振る舞いに、より強い違いがないかを探り、通常とは異なる振る舞いをするかもしれないニュートリノを研究し、初期の宇宙で偏りを持って崩壊した新たな重い粒子を探しているのです。

同時に、もっと単純な可能性も調べられています。反物質が別の領域に、どこか存在しているのではないかという考えです。今のところ、これを裏づける証拠はありません。そうした領域の境界では、対消滅による強力な放射が生じるはずですが、観測されていないからです。

あと1分で読み終わり、最後にクイズがあります。「宇宙 → 宇宙の始まり」にあります

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物質の余剰が生じるために必要な条件は、アンドレイ・サハロフが1967年に定式化しました。既知の過程で観測されている対称性の破れだけでは、この非対称性を説明するには不十分です。