02　反粒子ってなに？ - 素粒子とノーベル賞と宇宙の謎。

ほぼ日サイエンスフェロー早野龍五の“オタク”な研究者探訪シリーズ VOL.１

ある分野を深く、深く研究する人がいます。
その人たちは世間一般に「研究者」と呼ばれ、
おどろくべき知識量と、なみはずれた集中力と、
子どものような好奇心をもちながら、
現実と想像の世界を自由に行き来します。
流行にまどわされず、批判をおそれず、
毎日たくさんのことを考えつづける研究者たち。
ほぼ日サイエンスフェローの早野龍五は、
そんな研究者たちを敬意を込めて
「オタクですよ（笑）」といいます。
世界中のユニークな研究者と早野の対談を通じ、
そのマニアックで突きぬけた世界を、
たっぷり、じっくりとご紹介していきます。

小林誠先生ってどんな人？

反粒子ってなに？

小林: この宇宙には「粒子」の他に、
「反粒子」というものもあります。

ただし、反粒子は現実には存在しません。

乗組員Ａ: ‥‥どういうこと？

乗組員Ｂ: あ、もうわからない（笑）。

小林: ここはとても大事なところなので、
ゆっくり説明していきますね。

「反粒子」というのは、
物質のもとになる粒子
「電子・陽子・中性子・クォーク」の、
正反対の性質を持った粒子のことです。

乗組員Ａ: 「反」というのは、反対という意味ですか？

小林: ひとまず「反対」と思っていいでしょう。

例えば、「電子」は、
マイナス（ー）の電気を持った粒子です。
しかし、反粒子の「陽電子」は、
電子とそっくりでありながら、
プラス（＋）の電気を持っています。

乗組員Ａ: マイナスの反対だからプラス‥‥。

小林: 電気は反対ですが、重さは同じ。
そういう意味では、
２つはそっくりな粒子といえます。

すべての粒子には、
反対の性質を持った反粒子が、
パートナーのように存在します。

乗組員Ａ: でも、さっき「反粒子は存在しない」と‥‥。

小林: 反粒子は、確かに存在します。
ただし、この世界では、
誕生した瞬間に
パートナーとなる粒子とくっついて、
すぐに消滅してしまいます。

乗組員Ａ: つまり、相殺しあって消えてしまう？

小林: イメージ的にはそうですね。

なので、世界中どこを探しても
反粒子というものはありません。
ないけど、存在はする。

乗組員Ａ: ないけど、存在はする‥‥。

乗組員Ｂ: 先生、あの、ないものを
どうやって見つけたんでしょう？

小林: いい質問ですね。
探してもないなら、
人工的につくってやればいいんです。

乗組員Ｂ: え、つくれるんですか？

小林: 理論上は２個の光子をガチンとぶつけると、
電子と陽電子がつくれます。
つまり、粒子と反粒子のペアです。
大きなエネルギーを衝突させることで、
反粒子はつくりだせます。

乗組員Ａ: 人工的につくりだした反粒子は、
そのあとどうなるんですか？

小林: 反粒子は粒子と出会った瞬間に、
消えてなくなります。
つくりだすことはできても、
粒子がいっぱいあるこの世界では
すぐに消えてしまうので、
どこを探しても「ない」わけです。

乗組員Ａ: はぁぁぁ‥‥。

小林: ここに「宇宙の謎」がひとつあります。

乗組員Ａ: 宇宙の謎？

小林: 「そもそもなぜこの宇宙は、
粒子で成り立っているのか」
という問いです。

粒子も反粒子も、
理論上はそっくりなんです。
だったら、なぜこの宇宙は、
反粒子でつくられなかったのか。

乗組員Ａ: あぁ、そうか、
粒子も反粒子もそっくりなわけだから。

小林: なぜ粒子でこの宇宙がつくられ、
なぜ反粒子じゃなかったのか。

これは宇宙の大きな謎のひとつで、
まだ完全には解明されていません。

乗組員Ａ: へぇーー。

乗組員Ｂ: へぇーー。

小林: さっき粒子と反粒子は
「そっくり」といいましたよね。

乗組員Ａ: はい。

小林: 重さが同じで、ちがいは電気符号だけ。
ほとんどの物理法則は、
電気の符号を入れ替えても成立するので、
そっくりに見えます。

物理の世界ではこれを
「対称性がある」といいます。

早野: ようやく「対称性」という言葉が出ました。

乗組員Ａ: 先生のノーベル賞の受賞理由にも
「対称性」という言葉がありました。

早野: 「ＣＰ対称性の破れ」ですね。

乗組員Ａ: はい、よくわかりません（笑）。

早野: 対称というのは
「左右対称」という言葉があるように、
「反対、反転」をイメージすると
理解しやすいと思います。

粒子と反粒子もある意味では、
「現実世界と鏡の中の世界」
のような関係性があります。
鏡の中は反対ですが、
映っているものは同じです。

乗組員Ａ: あぁ、なるほど。
左右の向きは反転するけど、
映ってるものは同じ。

小林: つまり、粒子と反粒子は
ある種の「映し鏡」のような関係性にある。
そのことを「ＣＰ対称性」といいますが、
1932年に反粒子が見つかってから、
それがずっと正しいと思っていました。

乗組員Ａ: ‥‥思っていた？

小林: 1964年にクローニンとフィッチという
二人の物理学者が、
実験である反応を見つけます。

それは
「粒子と反粒子は対称ではない」
という実験結果だったんです。

乗組員Ａ: 対称じゃなかった‥‥。

乗組員Ｂ: どういうことですか？

小林: それまでの物理学は
「粒子と反粒子は対称である」と、
ずっと信じていました。
それを前提に話が進んでいました。

でも、本当は全然ちがったんです。
つまり、人類はずっと、
大きな勘違いをしていたわけです。

早野: 「対称性が成り立っていない」ことを、
物理学では「対称性の破れ」といいます。

1964年にそのことが明らかになり、
それまでの素粒子の世界観を、
根本から大きく変えてしまったんです。

小林: ここまでが「ＣＰ対称性の破れ」の説明です。

乗組員Ａ: つまり、これが小林先生のやられた研究の‥‥。

早野: いえ、先生はまだ登場すらしていません。

乗組員Ａ: えぇーーー。

乗組員Ｂ: ひゃー（笑）。

小林: さぁ、ここからどうしましょうか（笑）。

（すこしずつ、すこしずつ。つづきます）

2018-07-25-WED