-1910 ｍ以下

素粒子

10ｍ

銀河

素粒子と宇宙のステキな関係

原子核-151020ｍ

ものを細かく細かく見ていって最後に出てくるのが素粒子。ものを大きく大きく見ていっ1310て最後に出てくるのが宇宙。サイズも何もかも違うようにみえる素粒子と宇宙ですが、この二人、実は実はただならぬ関係なのです。

ｍ

光の速さより速く情報が伝わらないこの世界では、遠くの宇宙を見ることは宇宙の過去を見ることと同じこと。つまり、宇宙の歴史を知ることはとても大事なことなのです。宇宙の始まりを知るためには、宇宙を見るだけではなく、素粒子の理論や実験を使って、そこ太陽系でなにが起きていたのか、考える必要があります。
逆に素粒子に関する実験を行うとき、ヒトが実験で作ることができるエネルギーなんてたかが知れています。そこで使うのが、宇宙から飛んでくるとてもとてもエネルギーの高い粒子。ヒトにはとても作ることのできないエネルギーの粒子を宇宙からもらって、実験を原子行うことができるのです。
小さいと大きいとが両極端な素粒子と宇宙ですが、宇宙について考えると素粒子のことが、素粒子について考えると宇宙のことが、どうしても気になってしまうのです。不思議で、ステキな関係ですね。

10-10分子ｍ

地球
ヒト

710 ｍ

山

1ｍ
宇宙を見て、世界の理を知る！

カミオカンデさんの見つけた超新星爆発︑なかなか次のが見つからないねえ
でもさ︑起きないものはしょうがないよねえ

は無いもの！
見えないう…うん︑
実はそうでもないんだ

ラージハドロンコライダー

岐阜県飛騨市神岡町の神岡鉱山の地下1000mに設置された世界最大の水チェレ
ンコフ宇宙素粒子観測装置。1996年4月より観測を開始。
東京大学宇宙線研究所を中心に、日本やアメリカなど約35の大学や研究機関との共同研究で行われている。
直径39.3m、高さ41.4mの円筒形の水タンクに詰められた5万トンの純水と、タンク壁面に設置された約1万1千本の光の検出器（光電子増倍管）などから構成されている。

ＷＯＷ！

写真提供 国立天文台

反電子ニュートリノが多いっぽい

ATLAS Experiment © 2017 CERN

すばる望遠鏡くんのSuMIRe 計画

LHCのエネルギーで宇宙初期を調べる天文学のイメージの強いすばる望遠鏡を使って、最先端の素粒子物理学の観測を行うすみれプロジェクト。このすみれプロジェクトで大事な部
分は、すばる望遠鏡の光が集まる部分に取り付けるHSC と呼ばれる視野の広いCCD カメラと、PFS と呼ばれる銀河の光を詳しく調べるための分光器です。この2つの装置を使うことで、約400 万個の遠くにある銀河の分布を正確に調べようというのです。それによって、銀河の見え方に影響を与えているダークマターの、宇宙における三次元の分布図を作ることができる予定です。また、現在の宇宙は加速しながら膨張していると考えられているのですが、その加速の原因とされているダークエネルギーについて詳しく調べることができると考えられています。それによって、この宇宙の未来がどのようになるのか、どのように終わるのか、その予想ができると期待されているのです。

LHCでは、陽子を6.5TeVというエネルギーまで加速して衝突させています。これだけではどんなエネルギーなのか想像できませんが、これは「光の速さの99.9999991％まで加速された陽子」と言い換えることができます。これはすっごく速い！そんな高エネルギーな陽子どうしを衝突させる実験、宇宙の始まりとまではいきませんが、今よりずっと昔の宇宙の状態を再現することができます。生まれた頃のエネルギーの高い状態の宇宙でどのようなことが起きていたのか、素粒子実験によって知ることができるかもしれないのです。
ちなみに、宇宙のどこかから地球に飛んでくる高エネルギーな粒子には、LHC で作ることができるエネルギーとは比較にならないくらい、ずっとずっと高いエネルギーをもった粒子が含まれています。宇宙恐い。

写真提供 東京大学宇宙線研究所 神岡宇宙素粒子研究施設

で…もね︑それもまだ見つかってないのA

頑張ってん探してる
あだけどな超新星爆発って難しいんだなあ

素粒子物理学はッ！
世界の謎を解き明かすッ！

加速器同士気が合うのかな ？
…

宇宙の未来や終わりに迫れちゃうかもよ？

すっごい物理っぽいことしてる …

かっこいい …

C

たくさんの超新星爆発

宇宙が生まれて今までに︑１０の１７乗個の超新星爆発が起きてるはずだから︑その時のニュートリノの名残が見えるはずなの大きい

り10桁作るよでC
H
L
粒子がギーのエネル
でも飛ん地球にんだよきてる

カミオカンデちゃん、超新星を探すAb

スーパーカミオカンデ
Super-Kamiokande

まだまだだヨ！
宇宙からはもっとすごいエネルギーの粒子が降ってきてる！

ダークエネルギーの力のほうが大きいので宇宙は加速膨張している！

！！

アタシの２００倍のエネルギーの陽子飛ばしてそれを衝突させてる
んだもんなあダークエネルギーの反発する力

2008年9月10日運転開始。CERN（欧州原子核研究機構）所属。
製造期間14年、ヨーロッパだけでなく、アメリカや日本など100カ国以上が協力し、1万人以上の科学者や技術者が作り上げた、壮大な加速器。
サイズは加速器部分の円周で27km（山手線一周より少し小さいくらい）という、とにかく巨大な実験施設。フランスとスイスの国境にまたがる形で、深さ50 〜 175mの地中に埋まっている。

LHC（Large Hadron Collider）

これで普通は見えないダークマターの分布図を作ったり宇宙を膨張させている
ダークエネルギーの謎とかに迫るんだ

ダークエネルギー

すばる望遠鏡Subaru Telescope

Hyper Suprime-Cam銀河などが重力で収縮しようとする力

まあ用途はぜんぜん違うけどさHSC

中心研究者は、東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構・機構長の村山斉博士。
ハワイに設置されたすばる望遠鏡を用いた最先端の宇宙観測を通して、ダークマターやダークエネルギーの正体を究明しようという計画。
超 広 視 野 カ メ ラHyper Suprime-Cam(HSC)と、超 広 視 野 分 光 器 PFS(PrimeFocus Spectrograph)を す ば る 望 遠 鏡 に取り付ける予定。

すごいよねえＬＨＣちゃんPrime Focus
Spectrograph

ＨＳＣってすごいカメラとＰＦＳってすごい分光器を使ってね︑PFS

13

6.5TeVの陽子素粒子を使って、宇宙を見る！
どこかで爆発が起きないと︑見つけられないからね …

…
約４００万個の遠くの銀河の分布を正確に調べる予定なの４００万個！？

ＴｅＶってエネルギーで粒子を衝突させることに成功したヨ！

すばるくんって︑物理学もやってたんだ

知らなかった

僕っていったら天文学のイメージだもんね
すばる望遠鏡くん

素粒子実験で、宇宙の成り立ちを知る！

先代のカミオカンデが1987年に超新星爆発によるニュートリノを観測して以来、残念ながら超新星爆発によるニュートリノは観測されていません。観測できる範囲で超新星爆発が起きていないので、こればっかりは仕方のないことです。それじゃあ超新星爆発を見ることはできない…のですが、過去に起きたであろう超新星爆発の名残りを見つけることは可能ではないかと考えられています。
宇宙が生まれて、星が生まれて、そして今に至るまでに、10の17乗個の超新星が爆発が起きていたとされています。過去に起こった超新星爆発で飛び出してきたニュートリノは、現在でも宇宙を漂っていると考えられていて、これをスーパーカミオカンデで観測しようとする挑戦が続いています。現在のところまだ観測できていませんが、ガドリニウム計画やハイパーカミオカンデによって観測しようと頑張っています。