誰も語らないが物理学にも役立つCERNの「小規模」実験

アトラス実験、言い換えれば、欧州原子核研究機関 ( CERN としてよく知られている)の大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) の粒子検出器の 1 つは、ジュネーブにあるこのセンターのすべての実験の中で最もよく知られています。 (スイス) しかし、それが唯一のものではありません。現在の素粒子物理学 (いわゆる標準モデル) の予測を検証したり、必要に応じて予測を投げたりするのに役立つ新しい情報を提供する、はるかに小規模なプロジェクトもあります。これがダウンです。 NA62 の場合は、 ScienceAlertによって報告されたように、正のパイオンと一対のニュートリノおよび反ニュートリノに分けることができる粒子であるカオンが崩壊する方法を研究することを目的としています。

「小さな実験は知識の基礎を少し揺るがすこともあります」とUNIR高等工学技術大学院（ESIT）教授のアルベルト・コルビ氏は説明する。 NA62の場合、それは「衛星実験」、つまり、ヒッグス粒子の発見につながった実験など、大規模で強力と考えられる実験の範囲外である」と述べていますが、 CERNでは不明なことがたくさんあります。 「そして、加速器自体とは何の関係もないものもある。例えば同位体工場がある」と物理学者はコメントする。したがって、これは「加速サイクルの最初の段階を利用する小規模で未知の実験」の 1 つ、またはそれ自体が加速器であるより小さな部分、つまりスーパー陽子シンクロトロン(SPS) の 1 つです。長さは6.9キロメートルで、「中間のアクセルです」。それは、「LHCは完全なアクセルですが、いくつかの部分に分かれており、車や自転車の歯車のようなものです。」ということです。この場合、 「SPS は中間ギアになります」とコルビ氏は言います。

CERN 用の大型粒子衝突型加速器

より大型の粒子加速器を構築する必要性が現在議論されています。いわゆる将来の円形衝突型衝突型加速器（FCC）は長さが約100キロメートルで、より高いエネルギーレベルで動作する予定だ。 「FCCの最終目標は、LHCよりも一桁強力な、最大100TeVのエネルギーを持つ超伝導陽子加速器用の100キロメートルのリングを提供することです（LHCは14TeVで動作し、距離は27キロメートルです）しかし、NA62 のような実験では、標準モデルをサポートするために最新の機器が必要ない場合があることがわかっています。 「より高価で、より強力であるかどうかに関係なく、より多くの実験が必要なのでしょうか？現実には、これに答えを出すことはできませんが、NA62 などの小規模な実験で何が行われているかを観察することはできます。

「より質素な実験と桁違いのコストで、最先端の物理学も行うことができます」とコルビ氏は言う。 「実際、それは今流行っているものです。強力な物理学の断片やかけらを取り出し、残ったかけらを使って、何か新しいものを見つけたり、すでに知っていることを支持しようとしたりするかどうかを確認します」と物理学者は付け加えた。 「私たちは、私たちがすでに知っていることを補完する付随的な実験を試み、小数点以下の数字を洗練し終えるつもりです。あるいは、私たちは大手、権力、メディアに夢中になっていたためにそこに注目していなかったために驚かれるかもしれません…そして私たちは NA62 のようなものを忘れているかもしれません」と彼は電話の向こう側から説明しました。

NA62の実験

NA62 実験は、物理学の「ブレッドクラム」の 1 つです。 「彼らは標準模型の断片をチェックしているのです。このモデルは、素粒子が何であるか、そしてそれらの間にどのような相互作用があるかを示す理論です」とこの専門家は説明します。標準モデルは「カオンの崩壊を予測しており、この相互作用は 1,000 億回の崩壊ごとに最大 24.4 回発生すると予測しています」と Corbí 氏は説明します。 CERNの研究者らは、2017年の時点で「これらの現象は3件しか発見できていない」が、「発見されると予想していた1000億件あたり8.4倍」と予想していたと述べた。 「しかし、これは世界が終わるという意味ではありません」とコルビ氏は言う。

「これは、頭に手を当てて考えるほどのクレイジーな不平等な違いではありません」と彼はニューロストリームに語った。 「私たちはさらに何年も実験を繰り返す必要があり、2018年のデータを分析する必要がありますが、それには長い時間がかかります…文字通り干し草の山から針を探すようなものです」とコルビ氏は説明する。 「彼らは8本の針が見つかると予想していましたが、見つかったのは3本でした。あなたが混乱していたか、従業員の一部が針に気づかなかったか、誰かが針を服にくっつけて持ち帰ったが見つからなかった可能性があります。 「「分かっていたよ。これには何の意味もない」と彼はコメントする。

CERNは粒子加速器で5回の衝突を実現したいと考えている

彼らはこの分解を検出した回数が予想よりも少なく、数値のバランスが崩れているように見えますが、そうではありません。「これは多くの要因によるものである可能性があります。実験誤差、統計誤差、機器の故障によるものです。標準モデルは改善できる…」と彼はリストします。 「物理学では、あれやこれやが起こり得るのか、あるいは起こり得ないのかという疑問が常にある」と彼は結論づけている。

実際、素粒子とその相互作用を説明する標準モデルは完成しておらず、まだ補完する必要のある問題や欠陥が存在します。このため、こうした小さな実験のためのスペースを確保することも重要です。