第62回 東レ科学振興会科学講演会記録
平成24年9月21日 東京 有楽町朝日ホール

時空の対称性を探る反物質

東京大学名誉教授
理化学研究所基幹研究所上席研究員

山崎泰規

ただいまご紹介にあずかりました山崎でご表１ざいます。本日は「時空の対称性を探る反物

１．宇宙・反物質・エネルギー質」というタイトルでお話をします。ちょっと無理があるのですが、香取先生のお話とい目次

２．反粒子の登場

い具合のペアになればいいなあというわけで、

３．冷反水素研究

こういう風にしました。

４．反陽子の生成と冷却

テーマは反陽子、反水素の性質を精密に調べるというものです。こういう話を同業者に

５．反水素の合成・操作・捕捉

しますと、そんなことをやっても水素と何も違わないだろうといって、受けの悪いことが場したか、その中でわれわれは反水素、特によくあります。確かにこれまで知られている

冷たい反水素を使って研究しているのですが、物理学の法則に従いますと、水素と反水素はそれをどういう目的でやっているか、その目同じ性質のはずなのです。が、それが本当か的を達成するために反陽子をつくり、捕まえどうかを確かめたいというのがわれわれの反て冷却し、陽電子と混合して反水素を合成す

水素研究の動機です。物理学は実験の学で、るのですが、そのときどんな物理過程を利用

実際に確かめるまでは物事がどう起こるかはしているかといったことを順番にお話しした分からない、というのがまじめな物理屋の基いと考えています。

本的な立場で、それが世の中を変える発見を

まず、宇宙の話です。図１をご覧ください。

もたらすことがあります。従って、それまで

これはよくある絵で、皆さんも似たものをごに知られている理論から見たら自明のことも覧になったことがお有りかと思います。左上

確かめようとします。新しい発見がなされ、に書いたビッグバンが137億年前に起こり、それを説明する理論が明らかになりますと、

これが世界の始まりだというわけです。想像発見された現象の説明は論理的にできるよう力を働かせますと、136でも138でもなく137になります。一方、非専門家の方々はおおむであると分かっているのはそれ自体ですごいね好意的です。サイエンスにもそういうとこことですね。例えばあることが136日前に起ろがあります。

こったのか137日前に起こったのかといわれ今日のお話のあらすじは表１のようになりてもなかなか答えられません。そう考えるとます。まず、われわれの住んでいる宇宙、世100億年以上前のことがこの精度でわかって界と反物質の関わり、また、先ほど震災の話いる、あるいは、分かっていると信じることもありましたが、エネルギーとの関わりに少ができているのは大変なことです。

し触れます。そして、反粒子がどのように登

そのビッグバンの直後、いまの物理学の枠1

図１

宇宙史。ビッグバンから現在まで組みでは、はじめの10−43 秒はどうも手のつってできた水素の相棒です。反水素は、陽子

けようがありません。その後のことがちゃんの代わりに反陽子という負の電荷を持ったもとわかっているのかといわれれば、それもちのが真ん中にいて、その周りに電子の代わり

ょっと危ないかもしれませんが。で、もう少にプラスの電荷を持った陽電子が捕まっていし経ちますと、あたかも旧約聖書の世界のよ

る原子、反原子、です。

うに、はじめにあった光の塊から粒子と反粒

さらに時間が経ちますと、互いの重力のた子の対ができます。光があって、粒子と反粒

め、原子は次第に集まって収縮して温度が上子のペアができて、それが膨張しながら、そがり、３億年ぐらい経つと核融合反応が起この過程でペアの大半が消滅して今に至るといるようになります。そのため大量のエネルギ

うのが基本的なシナリオで、10−5 秒くらい経ーが放出され、その部分が明るく光り輝くよ

つと、陽子や中性子ができ、３分ぐらい経つ

うになります。星の誕生です。水素が融合しと、ヘリウムなどの軽元素ができたと言われてヘリウムになり、ヘリウムが融合して炭素ています。勿論私は見てきたわけではありまになり、と元素が次々合成され、星のサイズ

せん（笑）
。

によりますが、鉄まではエネルギーを放出し38万年ぐらい経つと、宇宙はずいぶん冷え、つつ核融合反応の進行が可能です。鉄の原子

電子と陽子が結合できるようになります。水核はエネルギー的に最も安定なため、そのあ素原子の形成です。そのため、水素原子を励たりで融合は止まります。こうして核融合に起・電離できないエネルギーの低い光は吸収伴うエネルギー供給が止まりますと、星は急されなくなって、遠くまで到達するようにな

激に冷えて収縮し、そのため大きな重力エネ

ります。従って、遠くが見えるようになるわ

ルギーを得て再び温まります。星のサイズにけで、これを宇宙が晴れ上がるといいます。

よっては超新星爆発し、昼間でも見える位の今日のメインテーマである反水素は、こうや明るさで観測されることもあります。これは2ゆっくり燃えているのではなく、ドカンと爆でもなければ不可能です。

発するので、エネルギー的に安定でない鉄よ

そう思っていましたら、ヴァン・アレン帯

り重い元素も合成されます。その中にはウラに大量の反陽子が捕まっているというニューンなどの核分裂をおこす元素も入っています。

スがありました。地球には磁場があるために、それらの元素を集めて原子炉（核分裂炉）のこれに荷電粒子が帯状に捕まっています。こ

燃料にしています。一方、ビッグバンで 燃れをヴァン・アレン帯と呼びます。このニュ

え残った 水素等は核融合炉の燃料になります。

ースは比較的最近ですが、実験がなされたの地球はビッグバンから91億年、今から46億は2006年のようです。地球の磁力線は南極か

年ぐらい前に誕生したといわれています。生らでて円弧を描いて北極に入ります。荷電粒

命は40億年前、化石燃料は８億年ぐらい前の子は磁力線に巻き付くため、磁力線と垂直方ようです。それでわれわれはいま図１の右下

向には自由に動けませんが、磁力線の方向ににいます。このように、われわれが使っていは動くことができます。そのために、極付近

る、あるいは、使おうとしているエネルギー

では、荷電粒子は磁力線にそって地表近くに源というのは、化学的なエネルギー、石炭で達することができ、大気と衝突してこれを光も石油でも化学反応を経由するもの、は基本らせます。オーロラです。このヴァン・アレ

的に太陽光の助けで合成されています。原子

ン帯に、普通の荷電粒子だけでなく、反陽子炉に用いるウランなどの核分裂をおこす元素も捕まっていることがわかり、もしやというは超新星爆発における非平衡過程で生成されわけで、その強度測定が行われました。

ました。核融合に使うものはビッグバンの燃

図２の黒い四角は宇宙線に含まれる反陽子

え残り、というわけです。以下簡単にご説明の運動エネルギー分布を示しています。一方、しますが、これらの材料はすべて非常に贅沢

この実験で明らかになったヴァン・アレン帯

な（エネルギーを大量に消費する）方法で準中の反陽子のエネルギー分布は赤い四角です。

備されています。従って、われわれの手で一宇宙線に含まれている反陽子の1,000倍も高から準備するのは容易ではありません。

強度であることが分かります。これはあるい

こういう話を冒頭に持ってきたのは、反物

は反物質エンジンの燃料として使えるかも知質エンジンというものが『スター・トレック』

れないというわけで、本当にどれくらいエネなどサイエンスフィクションによく出てくる

ルギーが得られるかを計算した人がいます。

ためです。燃料能率がいいので、これを燃料にすれば遙か彼方まで旅行できるというわけです。
同時に、他のエネルギー源と同様、これも高効率の破壊兵器になり、人間社会に厄をもたらす
心配があります。そこで、そういう可能性/おそれが本当にあるかをまずは考えておこうというわけです。結論を先に申し上げますと、一から反物質をつくっていたのでは全く採算に合いません。反物質星とかその手のものを見つけて、そこから拾ってくる（採掘する）ようなこと

図２

宇宙線とヴァン・アレン帯中の反陽子のエネルギー分布

3

が、全部集めてもバナナ１本を食べた程度の率は10− 9 〜10− 10 程度であるといえます。化エネルギーにしかならないそうです。やはり、

学反応を起こしますと、エネルギーを放出し、我々の手の届くところから反物質燃料を集めその分質量が軽くなっているわけです。

るのは難しそうです。

これも迂闊に比較すると公平でないと叱ら

次に、太陽から地球に届いているエネルギ

れるかもしれませんが、リチウム電池１kg

ーを考えましょう。年間５×1024 Jという量

当たりエネルギーをどれくらい取り出せるかです。これは太陽が放出しているエネルギーを考えると、効率は10−12 ぐらいになります。

の20億分の１くらいです。このように太陽が揚水ダムは、高低差1,000mとして、〜10− 13

放出しているエネルギーのごくごく一部が地です。核分裂反応、ここしばらく重大な関心球にたどり着きます。さらにその30％ぐらいを集めている原子炉の熱源、では10−3 の程度

は大気で宇宙に反射され、16％が大気に吸収です。化学反応と比べると1,000万倍も効率され、風を起こすなど気象現象を引き起こしの高いことが分かります。すなわち、必要なます。地上に到達するエネルギーは半分程度

燃料の量は火力発電に比べれば原理的にはで、そのうちの１％ぐらいが光合成により蓄1,000万分の１ですむ。核融合も同程度、あ積されるようです。こういった数字が雲の発

るいは、もう少しいいかもしれません。次に生や火山の噴火、山火事等で大きな影響を受

反物質エンジンです。反物質と物質を消滅さけることは想像に難くありません。一方、人せますと全てがエネルギーになり、効率はほ20類のエネルギー消費量は10 J程度で、太陽

とんど１で、核分裂・核融合反応のさらにから地球に届いているエネルギーの１万分の

1,000倍です。わずかな量で大量のエネルギ

１くらい、光合成で固定しているエネルギーーを生み出せるので、遠くまで行く宇宙船のの10分の１ぐらいに相当するようです。こう

燃料に最適であるという発想が生まれるゆえいう桁の違いが何を意味しているかは注意深んです。一方、先ほども申し上げましたよう

く考える必要がありますが、桁の違う話だとに、手頃な場所に反物質が蓄積されているかいうことにとりあえずご注目ください。地球については期待薄です。そうしますと反物質

環境問題も少し落ち着いて考えることができを作るのにどれくらいのエネルギーが必要か、るような気がしますし、人類の側が多少調整

燃料合成にかかる効率がどれほどかというこ

しても全体に大きな影響を与えるのは容易でとが、反物質エンジンの成否を決定します。

ないことも想像できます。

後で簡単に御説明しますような方法で反陽子

次にエネルギー利用効率を考えてみます。

を作ろうとしますと、反陽子を生成するのにこれもいろいろな定義の仕方があるのでしょ必要なエネルギーは放出されるエネルギーのうが、例えば１kgの燃料を持ってきたとき

1,000万倍にも達することが分かります。こにエネルギーをどれくらい引き出せるかといれは大変です。

う量で考えてみます。効率を客観的な数字に次に１gの反物質があるとどうなるかを考する一番安直な方法は、アインシュタインのえましょう。これを消滅させるのには１gの有名な式mc2 を使って質量をエネルギーに換物質が必要で、全部で２g消えることになり

算し、得られるエネルギーとの比を取ることます。エネルギーに換算すると２×1014 Jぐでしょうか。化学反応というのは１回あたり、らいになります。100万kW級の発電所の場

化学の専門の方が会場においでにならないと合ですと、例えば福島第１の大きいほうの原も限らないので迂闊なことを申し上げてはい発１基が75万kWですが、２日分の発電量にけないのですが、大まかに数eV程度でしょ対応します。何年か前に『天使と悪魔』というか。一方、陽子１個の質量は1GeVぐらい

う映画があったのをご記憶の方もおいでかとのエネルギーに対応するので、化学反応の効思いますが、反水素あるいは反陽子を1/4g

4つくり、バチカンを破壊するというストーリごとに説明できる量子力学ができ上がったのーでした。エネルギー量としてはだいたい正ですが、当初の理論的枠組みはすべて非相対しい見積もりがされていたようです。

論的でした。相対論への拡張は多くの物理学

世界の電力使用量も調べてみました。先ほ者が挑戦したようですが、いずれも失敗に終

20ども話がでましたが、１年間で10 J程度です。

わり、ついにディラックの登場となります。

すなわち、反物質１gの消滅は、世界の電力

図３はディラックが相対論的電子論を編み

消費量の１分ぶんに該当します。もし反山崎出したときの考え方を極手短にまとめたものをつくることができますと、1.5カ月程度世です。はじめの式が相対論的エネルギーと運界を照らすことができます。世界が1.5カ月

動量の関係です。ｍは質量、ｃは光の速さ、ももったらすばらしいと思いましたが、同時ｐが運動量で、質量×速さの様な量です。もにむなしいとも思えて、やはり消滅するのはし運動量ゼロ（ｐ=０）
、すなわち運動して止めようかと・・・（笑）
。

いなければ、E=mc2 であるという有名なア

ここで簡単なクイズです。反陽子が発見さ

インシュタインの式が得られます。ディラッ

れたのは1955年のことでした。すでに半世紀ク先生は、平方根が付いているとやりづらい

以上前の話ですが、いまに至るまでに人類がので、まず両辺を２乗し２番目の式に書き換つくった反陽子の量はどれくらいでしょう？

えました。さらに、１次の関係が望ましいと答えはコーヒー１杯も温まらない程度です。

して、これを先ほどのバナナで言うと、１/10本ぐらいにな話ですが、論文にちゃんとそう書いてあり対応します。本当にわずかなものです。逆に、ます。さて、どのように因数分解できるかが１gの反物質を生成してバチカンを爆撃した問題です。例えばx2 −a2 は簡単で、下から３いと思ったら、世界の消費電力10年分ぐらい

番目の式のようになります。x2 +a2 と足し算

を反物質づくりだけに当てるはめになります。

になっているとちょっと面倒ですが、虚数をこれは不可能ですね。したがって、反陽子の使うとやはり因数分解できて、下から２つ目

話はすごくおもしろいのですが、そういうエのようになります。ところが、いまやりたい

ネルギー供給に関わる有用性/危険性は、良のは２乗が三つあるx2 −a2 −b2 というものでくも悪しくも全くありません。ときどきそん

す。どうやってこういうことを考えついたのな危険なことに首をつっこんで大丈夫かと心かはよくわからないのですが、ディラックは、因数分解しました。不思議

配される方がお出でになります
が、今後の技術レベルの進捗に関わりなく、自然法則によって決まる基本的な制限のため、ご心配はご無用です。
そうはいいましても、基礎物理学的には大変興味深い研究テーマが様々にあります。今日はその一端をご紹介したいと考えています。まずは反粒子の登場物語で、様々なドラマがありました。反粒子というのは、ディラックという天才物理学者によって予言されました。実は前世紀の初め頃にミクロの世界をみ

図３

ディラックの相対論的電子論の考え方

5αとβを係数として（x−αa−βb）（x+αa+

電子が抜けるので、残ったすきま（空孔と呼βb）と強引に因数分解し、そのときαとβびます）は正電荷を持った粒子一個が生まれがどういう量であればいいかを考えました。

たように見えるだろうと考えることができま

そうするとこのαとβは４行４列の行列であす。これは粒子−反粒子の対生成ですね。そることがわかりました。ディラックはこれがこでディラックは、実験屋にはまだ知られて正しい相対論的量子論であると結論したわけ

いないけれども、反電子という正電荷を持っです。日本人で２番目のノーベル賞受賞者でた粒子が存在するはずだと、負エネルギー解ある朝永振一郎先生の教科書には、「アクロを よ り 積 極 的 に 評 価 す る よ う に な り ま す。

バットのようにして相対論的量子力学を導い

1931年のことです。同時に、反陽子も存在すた」と書いてありますが、本当にアクロバッ

るはずだと、さらに踏み込んだ発言もしていトのようです。

ます。最初は否定的だったのに、２、３年のしかもこのアクロバットで導かれる方程式

間にどうしてこんなに意見が変わったのかは

は、電子は大きさがないのに自転していて、よくわからないのですが、ある伝記には、デそれによってスピン（角運動量）を持つこと、ィラックの理論があまりにもみごとなので、その大きさが正しいこと、さらに、自転して周りの仲間がずいぶん厳しいことを言いだしいるのが荷電粒子であるため、小さな磁石た。まあやっかみもあったのでしょうが、う（磁気モーメントを持っている）であり、実るさい人がたくさんいたようで、実際存在も

験と一致する強さを持っていることなど、そしない負のエネルギー解がある様な方程式はれまで全く説明のできなかった様々な実験事不完全でだめだと、パウリなどの偉い人たち

実を自動的に導いてしまいました。1928年のに指摘され、ディラック先生も黙っておれなことで、ディラックは若干26歳でした。文字くなったという側面もあったようです。

通り画期的な仕事をしたわけです。

さて、宇宙線を研究していたアンダーソン

ところで、この因数分解の作業は、平方根という実験物理学者が米国にいました。実験を取るのと類似の作業で、結果的にプラス、装置の写真からはなんだかえらく汚く見える

マイナス両方の解が出てきてしまいました。

のですが、当時としては最新の1.5Tという強したがって、ディラックの相対論的電子論はい磁場が出せる磁石を用い、放射線が通過すすばらしいものだったのですが、負のエネル

るとその軌跡の見えるウィルソンの霧箱を磁ギー状態というなんとも理解に苦しむ解が出石の間に置いて、宇宙線を観測していました。

てきてしまいました。ディラックの最初の論

これは上空を飛んでいるだけではほとんど見

文には、これは非物理的で不要なもので、自えない飛行機も、飛行機雲をつくると容易に分の開発した相対論的電子論がなお近似的な確認できるようになるのと同じ原理で、目にものであるためだとしています。

見えない放射線が見えるようになるというま

しかし、1930年になると、少しトーンが変さに魔法の箱でした。これに磁場をかけておわってきまして、負のエネルギー状態は存在

くと、 飛行機雲

するが、はじめから全部電子で埋まっていて、さを組み合わせることによって粒子の質量やそのためわれわれには見えず、何もないに等エネルギー、電荷を決めることができるとアしいのだという言い方になります。これをデンダーソンは考えたわけです。

の曲がり具合と軌跡の濃ィラックの電子の海と呼びます。で、これがアンダーソンの論文に載っている写真を図

本当ですと、負のエネルギー状態に充満して４の右側に示します。さて、軌跡を見ただけいる電子を正のエネルギー状態へたたき上げ

では粒子がどちらから入射したかは分かりまることができるはずです。そうすると、正エせん。そうすると軌跡が曲がっているからとネルギー状態に電子が一個生まれ、負電荷のいって正の粒子か負の粒子かは区別できない6

図４

はじめて観測された陽電子わけです。アンダーソンが偉いのは、霧箱のループの研究室でした。そこでもアンダーソ

中央付近に鉛板を入れたことです（図４の左ンと似たようなことをやっていて、どうもこ

図参照）。こうしておくと、鉛板を通った後のの陽電子に対応する現象も観測にかかっていエネルギーは下がるので、より強く曲げられたらしいのです。が、研究室間の交流もあまることになります。この写真は明らかに上かり無く、ディラック理論を知らなかったよう

ら入って下へ出ていった場合ですね。で、どです。これでラザフォードの研究室はノーベ

ちら向きに走ったかがわかると、磁場の方向

ル賞を一つ逃しました。実験家と理論家の交が分かっていますので、観測された宇宙線/

流は大事ですね。

放射線がプラスの電荷を持っているかマイナ

私は、アンダーソンもディラックの理論を

スの電荷を持っているかがわかります。鉛板

知らず、しかし偶然に同じ時期にを通過する時、どれくらいエネルギーを失ってたかで、粒子の種類もそれなりに分かります。

の前に姿を現したのだと思っていました。が、機が熟し反粒子が理論・実験の両面からわれわれ

そして、1,300枚の写真を撮りました。いディラックの伝記を読んでいますと、当時オ

まのデジカメのようにパシャパシャと撮れるッペンハイマーは既にアメリカに渡っていま

わけではなく、一枚撮る毎に写真乾板を入れした。戦争直前のきな臭いあたりで、アンダ

替え、何時飛んでくるか分からない宇宙線をーソンはそのオッペンハイマーからディラッ

待ちつつ神経をずっと緊張させて霧箱をにら

クの空孔理論を習っていたらしいのです。が、み、軌跡が見えた瞬間にシャッターを押して、自分の観測とは結び付かなかったのですね。

を繰り返す大変な作業だったのかと想像されだから知っていることと、身につくこと、 腑ます。で、とにかく1,300枚撮った。そうしに落ちるましたら、変なのが15枚見つかりました。論

人たちでも、やはりそういうことがある、と文には、電荷は陽子の電荷と同じくらいで、いうのは印象深くなにやら示唆に富む良い話

陽子よりずっと質量が小さいように見える粒だと思っています。こうして陽電子が見つか

子が見つかった、と遠慮がちに書いてありまりました。論文は1933年ですが、実験は1932

す。これが人類初の反粒子、陽電子、の発見年です。ディラックが反電子の存在を予言しです。

たのは1931年で、本当にすごい偶然です。

こととは違うのですね。天才級のおもしろいのは、ディラックの研究室の隣

一方、反陽子に関しては、周到な計画を立はラザフォード散乱で有名なラザフォードグてて大きな加速器をつくり、実験装置を準備

7することで、発見に成功しています。1955年

れども、遠くには反物質の星雲なり宇宙なりのことで、チェンバレン、セグレ、イプシラがあって、宇宙全体は物質と反物質のパッチ

ンティスという人たちの研究です。反陽子にワークになっているとしたらどうなるだろう

ついで、1958年には反中性子が見つかり、さという思考実験です。もしそういうことにな

らに反重陽子、反ヘリウム３、そして昨年っていますと、パッチワークには必ず境界が（2011年）には反ヘリウム４も発見されました。

ありますので、その境界では物質と反物質が粒子と反粒子はペアで生成され、ペアで消滅

消滅するようになります。パッチワークの大する。ビッグバンでは、そのように物質と反きさによって物質と反物質の接する面積が変物質、粒子と反粒子が等量生成され、その後、わるので、消滅の量も変わり、宇宙から来る

多くがやはりペアで消滅したと考えられてい光（γ線）のエネルギースペクトルが影響をます。一方、われわれの住んでいる世界は物受けるだろうというわけです。これも素直な質だけのように見えます。これはどういうわ

発想ですね。で、実際に計算が実行されましけだろうというのが素朴な疑問です。

た。この計算にどの程度の仮定が必要か私はビッグバンが本当で、反物質と物質が等量

ちゃんと把握していないのですが、計算結果生成されていたら、反物質が地上では見つかと実際に観測されているγ線のエネルギース

らないにしても、遠い宇宙から真空の中を旅

ペクトルを比べることにより、パッチワーク

して地球にたどり着いてもいいはずだと考えの大きさは現在知られている宇宙のサイズとた人がいました。これは良い意味で物理屋の同程度だという結論が得られています。こち

すごいところだと思います。で、もしそういらからのアプローチでも、反物質の宇宙がどうことなら上空の空気が薄い所で観測して見こかに隠れているということはなさそうなのてみようと思った。そのために、通常は重いです。

超伝導磁石を改良し、できるだけ軽くして粒これは困りました。一番はじめに、これま子検出器と組み合わせて気球に乗せ、どんなでのところ物質と反物質は同じ性質を持って粒子が飛んでくるかを観測しました。発想がいると思われていると申し上げましたが、どまっすぐで、子どものように素直ですね。大うも怪しいかも知れない。もしかしたら性質

変興味深いことに、反ヘリウムはまだ一個もが違うのではないかという疑念が湧いてきま

見つかっていません（反陽子はいろいろな原

す。これを物理ではCPT対称性が破れてい子核反応でできるので指標にはしづらい）。

ると言います。例えば重力があるとCPT対気球は比較的短時間で地上に戻ってきます。

称性が破れる可能性があると言われています。

そこで、観測時間を大幅に増やそうと、人工

われわれはCPT対称性が保存されているか衛星を用いた実験が始まりました。2011年にどうかを反水素と水素を比較することでテスはAMS-02という２号機が打ち上げられましトしようと考えています。ずいぶん本題に近たが、まだ観測結果は公表されていません。

づいてきました。

間もなく何らかの発表があると期待されます。

さて、このCPTとは何かです。ＣはCharge

反ヘリウムが見つかるか、大変興味深いワク

で荷電共役、粒子を反粒子に移す操作を意味

ワクする瞬間が迫っています。

します。ＰはParityで空間反転、鏡の中の世

さて、いま申し上げました話は、地球の外界に移る操作です。Ｔは時間反転で、時間の側から反粒子が飛んできていないように見え

進行を逆転させる操作を意味します。例えば、る。要するに、どうもこの世界は対称にできわれわれの世界と鏡の中の世界で物理法則がていないように見えるということです。もう同じであればＰ対称性があるといいます。

一つ一寸違った観点から思考実験をした人が

ここでは比較的わかりやすいＰ対称性、鏡います。われわれの周りには反物質はないけの中の世界、に関して例をご紹介します。濡8

れた傘をぐるぐると回すと、水滴が飛び散り考えています。

ます。傘の軸を鏡と平行に置いて、この回転

さてCPTがどんなときに破れているかにの様子を鏡に映したところを想像しましょう。

ついて、何らかの予測をすることは容易では傘の回転方向は鏡の中でひっくり返りますが、ありません。が、重力がすごく強いところで飛び散っている水滴の場合は鏡の中でも横のは破れている可能性があります。というわけ

ものは横へ、上へ飛んだものは上へ飛んでいで、次にすこし重力を話題にします。

ます。ので、もしこの飛び散り方が回転軸のその前にもう一つ興味深い話にふれておき

垂直方向の上と下で違っていると、鏡の中のます。われわれのすむ宇宙のエネルギー／物

世界とわれわれの世界が違うということにな

質がどういう成分で担われているかです。少ります。もちろん傘から飛ぶ水滴は、回転軸

し前までは夜空に光る星が主な物質量、従っと垂直の平面上を飛んでいて、鏡の中でも外て、エネルギーを担っていると信じられていでも区別が付きません。

ました。が、実はこうやって目に見えている

実際このＰ対称性が保存しているかを確かのは全体の0.5％しか無いようです。ガスとめようとした人がいます。1957年のことです。

宇宙埃がその10倍近くあってほぼ４％です。

コバルト60という放射性同位元素の原子核は埃が輝く星の10倍もあるというのもなんだか回転している（電子と同様スピンを持ってい象徴的です。それからニュートリノという、る）のですが、この回転の向きを揃えておい

この前、光より速く走りはじめてやめた粒子て、原子核崩壊で放出される電子（β線）のがありますが（笑）、あれが0.3％。この数％

角度分布を観測し、これが回転軸の上と下でがこれまで大成功を収めてきた物理学が把握異なっていることを示しました。Ｐ対称性のしている全てです。あとは暗黒物質、および、

破れについて可能性を指摘した理論家はノー

暗黒エネルギーと、よく分からないので、な

ベル賞を授与されたのですが、この実験をしんだか怪しげな名前をつけて呼ばれています。

たウーさんはもらえなかった。物理は実験の例えば渦を巻いている銀河の写真をご覧に学なのですが、どうも理論を重視する傾向がなったことがおありかと思いますが、ああい強いように思え不満です（笑）。このようにうかたちでねじれてぐるぐる回るためには、

ベータ崩壊ではＰは保存しません。鏡の中の見えている物質だけでは不十分で、これに加世界はこちらの世界と異なる現象があるとい

えて暗黒物質がないと困るということが分かうわけです。同様に、CP、反粒子に移ってってきています。それが図５のように通常の鏡の中を覗くという操作をしても、中性のＫ

物質量の５倍、25％もあります。暗黒エネル

─中間子、K0 とその反粒子であるK0 に関して

ギーはさらに未知ですが、宇宙全体がなお加は保存しないということが実験的にわかって速膨張していることが分かってきて、これをいます。この発見はそれこそ2008年の小林先説明するために必要となるエネルギーのこと

生、益川先生のノーベル賞につながっていく

で実に全体の70％に達します。図５にその様わけです。

子をまとめました。このように把握できていＰは破れていた、CPも破れていた、といるのは全体の僅か５％程度です。われわれはうわけで、残っているのはCPTです。重要文字通り井の中の蛙で、これまでに知られてなことはＰもCPも実験で明らかにされるまいる物理法則はかなり怪しいという傍証と考では保存していると信じられていたのだが、えることもできます。

実験したら破れていることが明らかになった

さて、重力の話につなげたいために図６のということです。多くの物理学者は、CPT

ように、ものの大きさと密度の関係を絵にしは保存していると信じていると思いますが、てみます。それぞれ対数表示で、横軸は60桁、やってみるまでは分からないと、われわれは

縦軸は120桁あります。こういう

希有壮大

9

っぱがしますと、大分小さくなって原子核と書いたあたりに達します。
ここで量子力学を考慮に入れてみましょう。量子力学というのは奇妙なもので、重いものほど小さいということを主張します。もう少し定量的にいいますと、粒子の大きさをａ、質量をｍとしますと、a〜h/2πmcで与えられるというわけです。ここ図５

宇宙のエネルギーの構成要素

でｈはプランク定数です。そう
しますと、その粒子の密度を考えることができて、ρ〜m/a3 〜
h/2πca4 と粒子の密度は大きさの４乗に反比例することが分かります。図６の青い直線がこれに対応します。ところで、一般
相対性理論は、物質の密度が大きくなると重力が強くなり、ついには光も脱出できなくなるブラックホールになることを結論します。その条件は、ρ〜c2 /Ga2で与えられます。Gは重力定数です。図６の赤い直線がこれに

図６

様々な物質のサイズと密度の関係

対応します。この二つの線は勾配が違いますので一点で出合いな図を書きますとわれわれの知っているもます。この出合う点の付近は、重力が非常にのを全て収めることができます。われわれの強いということです。これを重力の強さをは

想像力は対数にしたら、たかが100前後に限かる目安とすることができます。この点に対られているのだというシニックないい方もで応する質量はプランク質量と呼ばれていて、

きなくはないですが、少し想像力を働かせる

1/2で与えられます。勿論、大m〜（hc/2πG）と、ものすごいことを一枚の絵に収める方法

きさに言い直すこともできますし、密度で言をわれわれは持っているのだというふうに考うことも可能です。a/cから時間になおすことえることもできます。例えば、原子があって、もできて、10−43 秒となります。一番はじめに生命があって、惑星があって、というあたり

でてきたこれより以前は分からないと申し上の大きさにして100京倍ほどもちがう広い範

げた時間はこういう由来をもっています。

囲にわたって密度はほぼ一定です。これは原

プランク質量はエネルギーに直すと〜子をいくら集めても通常の圧力だと密度に大1019 GeVです。最近、ヒッグス粒子が見つか

きな変化はない、すなわち液体や固体は圧縮ったと大騒ぎになっているLHCという加速できないという良く知られた事実に対応して器がありますが、1019 GeVはLHCで達成可能います。原子の大きさを決めている電子を引なエネルギーより１京倍ほども高いエネルギ

10

ーになります。LHCはすでに山手線ぐらいと観測時間Δtを長くしないといけないと言の大きさになっていますが、地球の半径はうわけです。この精度高く見るというところ

6,000km程度しかありませんので、建設予算

で次の香取先生のお話とつながるのですが、が膨大になることをとりあえず気にしないこ

そのようにそっと耳を傾けることを「自然のとにしてもこのサイズの加速器を地上に建設

囁きを聴く」というポエティックな言い方ですることはいずれ不可能です。

呼んでいます。ここまできますと反水素は目

図７はイラストではなくて、実際に弾丸がの前です。冷たい反水素を用意して、どんなリンゴを貫通した直後どうなったかという瞬顔をしているかを乱暴にのぞき込むのではな間を捉えた写真です。前後に粒子が吹き出し

く、どんなことを言うかをそっと聴きに行こており、どんなものがどういう風に飛んででうというのがわれわれの作戦です。

てくるかを詳細にしらべるとリンゴの中身が次はなぜ反水素かを少しご説明します。反

どうなっていたかが分かります。エネルギー

水素はまず一番簡単な反物質です。反ヘリウの高い粒子をぶつけて何か新しいものが見え

ム原子などはまだまだつくることができませないかと調べる高エネルギー実験というのは、ん。やっと裸の反ヘリウム原子核が発見され言ってみればこういう研究方法です。できるたばかりです。そこで、一番簡単な反水素をだけエネルギーを上げることで小さな領域を詳細に眺め、水素と比較したい。大変具合が見るというのが作戦ですが、プランク質量のいいのは、水素というのは最も簡単な原子で、領域にたどり着こうとしても、先にご説明しこれまでに非常に高い精度でその性質が明らましたように加速器でこのエネルギーに達すかにされていることです。で、水素も反水素るのは不可能です。

も光を出しますので、どんな光を出すかを観

そこで何か質的に違う作戦を考える必要が測すればよい。1S-2S遷移は一番エネルギーあります。一つの可能性は、ガツンと乱暴にの低い（陽）電子遷移ですが、これはレーザ

ひっぱたくことはやめ、そっと見るのはどうー分光で実現できます。また陽子や電子、反か。その代わり思いきり目を凝らして精度高陽子や陽電子もそれぞれ小さな磁石なのです

く見る。実際、精度高く見ようとするとガツが、その磁石の向きが互いに平行か反平行かンとやっては元も子もなくなりますのでそっでエネルギーが少しだけ違います。その間のと時間をかけて見る必要があります。ここに遷移を超微細遷移といいます。このエネルギ

も量子力学がでてきます。エネルギーと時間ー差を測るのがもう一つの手です。このときの間には不確定性関係、ΔE〜h/2πΔt、がの遷移エネルギーはマイクロ波の領域なので、あり、エネルギーを精度良く決めようとする

マイクロ波分光をすることになります。
CPT対称性とは一寸趣の異なる研究テー
マですが、反水素を用いた重力の実験が最近話題になっています。既に二つの研究計画があり、いずれも認められて実験準備が進んでいます。リンゴが地球に向かって落ちるというのは例のニュートンの話で、図８の左端の図に対応します。で、反リンゴと反地球を用意して、ここでの落ち方がリンゴと地球の場
合と同じかどうかを調べると、これはCPT
対称性テストになります。ところが、上の二つの研究計画が目指しているのは、反リンゴ

図７ 弾丸がリンゴを突き抜ける瞬間を捉えた写真と地球との間にどのような力が働くかです。

11

の時計の精度はさらに高いという驚異的なものですが、
とにかくこういう量です。
一方、理論はよく分からな
いことが多く、実験結果の再 現 は 1,000 億 分 の １、10kHz程度にとどまっています。理論というのはわれ
われが物事をどれくらいよ
く理解しているかを示す指標ですので、逆に言うとこの先にわれわれの知らない
不思議な物理現象が潜んで
図８

反物質を用いた重力実験とCPT対称性の関係いる可能性があります。水素の超微細遷移に注目しま
すと、相対精度は10兆分の

これは全く新しい別の研究テーマになります。

１と1S-2S遷移より悪いのですが、絶対精度

具体的には反リンゴの代わりに反水素を使う

では10−4 Hzと1S-2S遷移より105 倍も高い精度

わけですが、反物質と物質の間の重力相互作で測定されています。が、理論的には６桁で、用がどうなっているかを明らかにできるはじやはり10kHz程度しか押さえられていません。

めての研究になっています。

この先に何が待っているか、大変興味のある

さて、実際に囁きを聴きに行くとして、わところです。なお、反水素を用意し、1S-2S

れわれの耳は十分鋭いかが問題です。そこで、遷移なり超微細遷移なりを実験で測定し、水これまでどんなことがわかっているか、分か

素の分光結果と比べるという研究は、通常のっていないかを確認しておきます。電子と陽高精密実験とは異なり、理論の詳細は必要あ電子の間では、質量、電荷の大きさは１億分りません。とにかく測定し、水素と僅かでもの１、磁石の強さは１兆分の１ぐらいの精度違っていたら、それはとりもなおさずCPT

で互いに一致することが知られています。大対称性が破れていることに対応しているから変な精度です。一方、陽子と反陽子のペアーです。しかも反陽子の磁石の強さ（磁気モーを見ますと、質量、電荷は10億分の１ぐらい

メント）は３桁の精度でしかわかっていませとやはり大変高い精度で一致していますが、んので、これは勝負のしがいがあります。

磁気モーメント（磁石の大きさ）はたかが

さて、CPT対称性のテストに1S-2S遷移と1,000分の１の精度でしか知られていません。

超微細遷移のどちらがより適切かは真剣に考

これは狙い目です。われわれはまずこのあたえるべき問題です。これには原理的な問題とりを突破口にしたいと考えています。以下に実験装置的な問題の二つの側面があります。

ご 紹 介 し ま す わ れ わ れ の 研 究 方 法 で す と、

ここでは結論だけ申し上げますが、現在の反100万分の１から1,000万分の１くらいの精度

水素合成・捕捉法では、理論精度を超える精で陽子と反陽子の磁気モーメントの違いを調度で1S-2S遷移を測定することは不可能ではべることができます。

ないにせよ非常に困難です。捕捉に必要な強一方、水素の1S-2S遷移に目を移しますと、

い不均一磁場により分光精度が大幅に制限さ

その実験精度はすばらしく、1,000兆分の１、れるためです。一方、超微細遷移のほうはビ10Hzの精度で決定されています。香取先生ームとして引出し、磁場の影響を受けないよ12

うにしてマイクロ波分光しますので、理論精度を超える実験が可能だと考えられます。

─

p+p→p+p+p+p（１）というわけで冷たい反水素が手に入ればよといった原子核反応により、反陽子が生成

いということになります。ところが、その材されます。ここではｐは反陽子を意味します。

料である反陽子も陽電子も自然界には存在せ生成された反陽子の速度分布は大きく拡がっず、人工的に作る必要があります。特に反陽ており、そのまま減速すると四方へ飛び散っ子が問題で、現時点ではヒッグス粒子を発見てしまいます。ので、まずは速度分布を何としたことで最近マスコミにもよく取り上げらか狭くして（これをビームの冷却と呼びます）、れているCERNという研究所でしか供給されその後おもむろに全体を減速して、再び冷却ていません。そのため、反水素実験を目指す

して、ということを繰り返し、エネルギーを研究者は世界中からCERNに集まっています。

１/1,000くらいまで下げた反陽子ビームを生─

図９にCERNの加速器群の模式図を示しま成し、これを各実験グループに供給しています。図左下のイオン源から出発した陽子は、す。このビーム冷却技術によりW中間子の発

まず図のLINACで加速され、プロトンシン

見が実現され、これを開発したファンデアメ

クロトロンブースター（PSB）をへて、プロールはカルロルビアとともにノーベル賞を受

トンシンクロトロン（PS）と３台の加速器賞しました。

により25GeV（250億電子ボルト）まで加速冷却され減速された5MeVの反陽子ビームされた後、イリジウム標的に入射されます。

は、われわれがCERNの加速器グループと共この衝突で生成される高エネルギーの反陽子

同で開発した高周波四重極減速器によりさら（中心エネルギー2.5GeV程度）を、図のADに減速され、100keV程度のビームとした後、（Antiproton Decelerator反陽子減速器）と超伝導ソレノイドコイル中に用意したトラッ呼ばれるレーストラック型の減速器に捕まえ

プに捕まえ、電子と混合することでさらに冷ています。

却し、10K（−263℃）付近の冷たい反陽子

さて、高エネルギーの陽子が標的とぶつかの塊を得ています。生成されたときのエネル
ギーと比較すると実に10兆分の１程度まで冷りますと、却されたことになります。
こうやって徹底的に冷たくした反陽子に、やはり冷たくした相棒の陽電子をぶす

まことで、反水素を合成します。
実験の日々を少しだけご紹介します。ADは夏を中心とする六ヶ月間、一部のメンテ日を除いて土日無しで稼働しています。これに対応し、実験側も、土日無しで毎日８時間ずつ、朝７時から15時まで、15時から23時まで、23時から７時までの３つのグループにわか
図９ CERNの加速器群

れて実験をしています。あ13

る意味大変規則的で単調な生活になります。

ことは、それぞれの安定点付近からほとんど

思考パターンも単調になってきます。ふと修

動かない、ということですので、両者は分離

道士は時にそのような感覚を持つのではない

したままで、反水素は金輪際できません。従かと思ったりしました。また、そのために、って、何らかの方法で混ぜないといけないの

多くの宗教では修行に肉体労働も併用するこですが、そのためにはエネルギーを与えないとで、精神の活性と安定性を確保しているのといけません。が、乱暴にしますとたちまちかとも思いました。特定のグループがいつも温まってしまって、冷たい反水素ができなく深夜実験というわけにはいきませんので、一なる、というジレンマがあります。そこで、週間毎に実験時間を８時間ずらすことになり

とにかく温めないようにしながら反陽子と陽ます。毎週３大陸を移動するような生活が毎

電子を混ぜ合わせる手法を様々に開発しまし

年数カ月続くわけです。夕方に起きだして、た。詳細にわたる、しかし、重要な技術開発

月の満ち欠けを確認し、まぶしい朝日とともが幾つもあるのですが、その辺は時間の関係に宿舎に帰るということもよくありました。

で割愛します。そんなこんなで、何とか反水このようにして冷たい反陽子を用意し、い素ができあがります。

よいよ反水素を合成します。冷反水素をつく

ところで、反水素は水素と同様中性ですのるには反陽子と陽電子をそっと混ぜないといで、電場には反応しません。何か操作する方けないのですが、電荷が逆です。例えば、一法を考えないと、できあがった端から飛び散様な磁場中では、荷電粒子は磁力線の方向にってしまいます。自然は往々にして僅かながしか動けません。そこで、磁力線にそって図ら可能性を残してくれるものですが、反水素10のような電位配置を与えますと、陽電子の場合は、これが小さな磁石であることがキは電位の低いところへ、反陽子は高いところ

ー に な り ま し た。 図 11 の 上 の 図 の よ う に、へ集まります。両者がそれぞれ冷たいという一様な磁場中に棒磁石を置いた場合を考えます。このとき、Ｎ極に働く力とＳ極に働く力は大きさが同じで反対向きですので、磁石は全体として動きません。一方、真ん中の図のように、不均一な磁場中に棒磁石を置きますと、Ｎ極に働く力とＳ極に働く力の間に違いが生じ、この場合ですと全体としては磁場の強い側へ引っ張られます。こういう磁石の向きをハイフィールドシーキング（HFS）状態

図10 入れ子ポテンシャル中の反陽子と陽電子と呼びます。図11の下の図のように棒磁石をひっくり返しますと、力の向きが逆になり、今度は磁場の低い側に引かれる状態になります。これをローフィールドシーキング（LFS）
状態と呼びます。これを使って反水素をビームとして整えたり、捕まえたりすることが可能になります。
図 12 はカスプトラップと呼ばれ

図11 磁場中に置かれた棒磁石に働く力14る反水素ビーム発生装置で、動作原図12 カスプトラップの動作原理

理から実際の実験装置の作成まで、全てわれす。このようにして超微細遷移周波数を精度

われのオリジナルです。超伝導コイルを二つ高く決定することができます。

用意して、反対向きの電流を流します。そうより具体的な実験装置の配置は、図 13のすると、中心ではゼロ、中心からどこへ向かようになります。図の左下に反陽子蓄積器が、っても強くなる磁場が得られます。軸上の中その上に陽電子蓄積器があり、それぞれ図右

心から少しずれたところで反水素を合成しま上にあるカスプトラップへ反陽子と陽電子をすと、LFS状態は中心方向に加速されますが、供給します。このようにしてカスプトラップ

HFS状態は磁場の強い動径方向に引っ張ら中で合成された反水素は、その一部が下流れて散ってしまいます。このようにしてLFS（図の右上）へ引き出されることなります。

状態であるような反水素を選び出すことがでわれわれはこのカスプトラップ法により反きます。中心部に引き寄せられたLFS状態の水素をつくることにはじめて成功しました。

反水素はさらに下流に向かいますが、下流の2010年のことです。これは国内よりも国外にコイルにさしかかったあたりでは磁場が強く

お け る 評 価 が 高 か っ た の で す が、 特 になりますので減速され、その後また加速されPhysics Worldというイギリス物理学会が出ます。すなわち、カスプ磁場は反水素に対ししている雑誌からは、次にご紹介します反水て集束レンズのように働き、LFS状態にある素を磁気瓶に捉えた実験とあわせて、2010年

反水素を選択的に且つ密度の高いビームとしに発表された全物理分野のブレークスルーのて取り出すことができます。下流にマイクロ第一位の成果であるという大変高い評価を得

波空洞共振器を置いてマイクロ波分光し、さました。最近、反水素を合成するばかりでならにその下流にカスプ磁石、あるいは、６重く、ビームとして取り出せるようにもなって

極磁石を置きますとLFS状態の反水素は、最きました。いよいよマイクロ波分光を開始す

下流の反水素検出器に向かって集束されます。

る予定です。

マイクロ波周波数が超微細遷移の周波数と一冷反水素によるCPT対称性テストのもう致しますと、LFS状態はHFS状態に移り、今一つのアプローチは反水素を長時間捕まえ、度は６重極磁石で発散させられるため、反水これをおもむろにレーザー分光しようという

素検出器に飛んでくる反水素の数が減少しまものです。捕まえるためには磁気瓶を用いま15

図13 カスプトラップ法による反水素ビーム生成装置

す。空間の一点で磁場が極小になるような磁必要のある反陽子や陽電子の蓄積安定性を大場配置を用意しますと、図11に示した様に幅に改善しています。外側の３層構造はそれ

LFS状態の反水素は常に磁場極小の方向に引ぞれが２次元の検出器で、反陽子が消滅した

っ張られ、元のエネルギーが低ければ捕まえときに飛びだす複数個のパイオンの通過位置ることができます。カスプ磁場も極小磁場配を記録し、それを繋ぐことでパイオンの軌跡

置構造なのですが、図14にこれまで通常のを推測し複数の軌跡の交点から、反陽子の消原子を捕捉するのに使われてきた四重極磁気滅位置を決定する検出器です。八重極コイル

瓶の極小磁場生成方法を模式的に示します。

の内側には、円筒状の電極（MRE）がたく

先ず円形コイルを二つ用意します。このコイ

さんみえます。これにより、カスプトラップ

ルには同じ方向に電流を流します。そうするの場合と同様、入れ子ポテンシャルをつくり、と、軸方向では中央で弱くなり、コイルに近

反水素の原材料である反陽子と陽電子を安定づくと強くなる磁場分布を得ることができまに閉じ込めています。

す。さらに、軸に平行に置いた４本のケーブ

このようにして磁場極小位置付近で反水素

ルに図のように方向が順番に入れ替わる電流が合成され、できあがったときの運動エネルを流しますと中心軸付近では互いにキャンセ

ギーが十分小さければ、磁気瓶に捕まえるこルするためほとんど磁場分布に寄与しないが、とができます。で、捕まっていたことを確か

軸から離れると強くなる極小磁場配置が実現めるためには、磁気瓶の磁場を切り、反水素されます。

を束縛から放ちます。そうしますと自由にな

このようにして磁気瓶への反水素捕捉もった反水素は近くの電極にぶつかり消滅しま

2010年に実現されました。図 15 に実際使わすので、それ以前に捕まっていたことが分かれた磁気瓶の構造を示します。これは先ほどるというわけです。図16に実験結果を示し原理を説明しました四重極場よりも中心付近ます。横軸は反水素の軸方向の消滅位置、縦での均一性がより高い八重極磁場になってい軸は磁気瓶を開けてから消滅するまでに要します。これによって、中心軸付近に捕捉するた時間です。色違いの点は電場配置を変えて

16

ザーの分光精度がさらに上がりますと、反陽子の質量を陽子よりも高い精度で決めることができるかもしれません。水素原子、従って、
陽子は、この宇宙で最も普図14 四重極磁気瓶

通に存在する粒子（数の比では90％以上）ですが、この一番たくさんある粒子より、人工的に作らないと存在 し な い 反 陽 子 の 質 量 が、より正確に決められるというわけです。物理屋さんというのは変なことを考える人たちです。
そろそろまとめです。まず、反物質とわれわれの住む宇宙との関係というお話を少図15 はじめて反水素捕捉に成功した装置の概念図

ししました。ディラック理論の鬼子、負のエネルギー
状態は、ディラック本人も消滅位置を測定することで、中性の反水素の捨てるべきだと考えていたのですが、実は、消滅（裸の反陽子ではない）であることを確

反粒子の存在という、われわれの自然認識をかめたものです。また、細かい灰色の点は、最も本質的なレベルで変え深化する発見でし

消滅位置をシミュレートしたもので、実験結た。その代表格である反陽子、反水素は、い果と良い一致を示していることが分かります。

まや生成・操作が可能となり、最も本質的な

反水素の捕捉実験はこれからいよいよレーザ

CPT対称性テストや反物質と物質の間の重ー分光へと推移していくことになります。

力相互作用研究にとって、極めてユニークな

以上が、反水素に関わる物語です。最後にプローブになっています。また、時間の関係

少し話題を変えます。反陽子ヘリウムという、で割愛しましたが、反水素合成は、大変興味

反陽子とヘリウム原子核と電子１個の三つが深い原子衝突物理学のテーマを提供します。

束縛された奇妙ながあります。普通次に、冷反水素研究の現状についてお話をしの反陽子と原子が束縛された系は寿命が１兆ました。反水素の操作、捕捉といった技術的分の１秒程度と非常に短いとされていますが、レベルが次第にクリアーされ、いよいよその

この反陽子ヘリウム原子は例外で、その百万性質を調べる分光実験が目前に迫っています。

倍以上のマイクロ秒もの寿命があり、既に高テーマを「自然の囁きを聴く」と設定しまし精度レーザー分光に成功しています。その分た。これは、基礎物理学の研究がエネルギー

光結果を信頼できる理論計算がある場合、そをあげることで飛躍的に進んできたという歴れと比較することで、反陽子の質量を電子の史的事実と、一方、既に加速器のサイズが山質量に対する比として決定することができま

手線と同程度になっていて、今後この方向です。いまや陽子の質量とほぼ同程度の精度でさらに桁をあげていくことに限界が見えてき反陽子の質量が決定されています。今後レーたこと、同時に、エネルギーを下げて精度を原子17

図16 反水素を八重極磁気瓶に捕捉後、磁気瓶を開け、消滅位置と時刻を記録したもの上げる手法が大きな進歩を遂げており、次のお話ししました反物質研究は、今後の進展に香取先生のお話もそうですが、基礎科学への

よっては、安定した世界観を再び取り戻すの

新しいアプローチ法が拓けつつあるという認に一役買うことができるかも知れません。

識によります。

司馬遼太郎に『朱盗』という短編小説があ

反物質というのはビッグバンで物質と同量ります。王の墓に朱がある。朱は大変貴重な生成され、その後の膨張の過程で全て消滅しもので、それを盗賊が手に入れようとする。

てもおかしくなかったのですが、わずかに物が、地上は墓守が厳重に警護しています。そ質が残り、そのおかげで、なぜ反物質が消えこで、何世代もかけて遠くからトンネルを掘たのだろうと頭をひねる生命体が生まれるまり、そっと朱を盗もうというお話です。勿論でになりました。が、この謎はまだ解けてい反物質研究の目的は富ではなく、自然の基本

ません。つまり、われわれの存在はなお偶然的構造に関わる素朴な疑問を解くことですが、に支配されていて、いわば不安定なものです。

アプローチはある意味似ていて、大変時間の

これはラボアジエの質量保存の法則により保かかるものです。われわれのグループに限り証されていた安定な世界観を否定し、われわましても研究を開始したのは既に十数年前のれの存在を不安定なものにしています。今日ことになっています。装置にも十数億円の経費がかかっています。国民一人あたり15円程度の負担を御願いしていることになります。
いまやっと墓の入り口にたど
り着いたわけですが（笑）、その価値があると思っていただ
けましたらたいへんありがたいことです。
本日はご清聴、どうもありがとうございました。

図17 反物質研究は

18

朱盗に似ている？