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暗黒物質(ダークマター) ~ 消えた反物質の謎


前回の記事の最後で触れた、素粒子の標準模型では説明のつかない謎のお話しをします。


まずは暗黒物質(ダークマター)です。
「この名前は聞いたことがある」と言われる方が結構いらっしゃるんじゃないでしょうか?
私もテレビ番組で何度か聞いたことがあります。

もしかすると名前からのイメージで「空想上の物質」と思われているかもしれませんね。
実は、正体は不明ながら存在は確かな物質なんです。暗黒物質の存在を前提にしないと、
つじつまの合わない現象がいろいろとあるんですね。

その1つが「太陽系が天の川銀河にとどまっている」という現象です。

太陽系が動いているスピードは秒速220キロメートルと分かっているんだそうです。
スピードが分かれば太陽系に働く遠心力が分かります。天の川銀河全体の星やブラック
ホールなどをすべて集めても、それとつり合う重力にはならないんだそうです。

実際には遠心力と重力がつり合っている状態と観測されている訳ですから、不足の重力を
生む正体不明の何かがあると言わざるを得ません。これが暗黒物質という訳です。
宇宙全体の量を、星をつくっている原子と暗黒物質で比べた場合に、暗黒物質は原子の
約5倍あることになるんだそうです。

宇宙空間に存在する暗黒物質を検出する試みや、実験で暗黒物質をつくる試みは現在行わ
れているんだそうです。暗黒物質の正体が明らかになれば「宇宙が何でできているか」
という謎が解明され、ビッグバンからおよそ100億分の1秒後の宇宙のことが分かるん
だそうです。


現在の宇宙の成り立ちを説明するためには、もう1つ大きな謎があります。
それは「消えた反物質の謎」と呼ばれています。

すべての粒子には反粒子が存在し、その反粒子でできあがっているのが反物質です。
反物質は物質と出会うと消滅してしまいます。反物質も「空想上の物質」と思われそう
ですが、反陽子の周囲を陽電子(反電子)が回る反水素原子は実験室で作られたことが
あるんだそうです。

ビッグバンの直後、すさまじい高エネルギー状態の初期宇宙には反物質がたくさんあった
はずなんだそうです。今は通常状態では反物質は存在しない訳ですから、ビッグバンから
時間がたつにつれて反物質と物質が出会って同じだけ消滅していったことになります。

物質の方が反物質よりも10億分の2だけ多かったから、私たち物質がこうして宇宙に
存在していると計算されるんだそうです。
この理由の説明が出来ない事を「消えた反物質の謎」と呼ぶそうなんです。

この謎の解明のために、ニュートリノの観測がされているそうです。

太陽から届くはずのニュートリノが、予想される量の3割から5割程度しか見えないと
いう現象があります。この現象はニュートリノ振動という現象の観測で解決されました。
ニュートリノは時間とともにフレーバー(直訳すると「味」)が変わったり戻ったりして
いるんだそうです。フレーバーが違うニュートリノは観測装置では見えないんですね。

この事から類推して、ニュートリノが反ニュートリノに変わることがあるんじゃないか?
そしてニュートリノが反物質をほんの少しだけつまみ取るようにして物質に変えたんじゃ
ないか?と考えているんだそうです。

この考えが正しいとすると、ニュートリノが反物質を消したのはビッグバンからおよそ
1兆分の1のさらに100兆分の1秒後になるそうです。


今回お話しした2つの謎をめぐる研究は、宇宙の始まりを探ることにもなります。
それならば、「宇宙の終わりを探る研究は?」と聞きたくなりますよね。

このシリーズでずっと参考にしてきたこの本
 宇宙は何でできているのか (幻冬舎新書)
でも次はそのお話しで、そして最後のお話しになりそうです。

もし「宇宙と素粒子」のお話しの中で、もう少し説明を付け加えて欲しい等のご希望が
ありましたら、記事へのコメントを入れてください。検討したいと思います。




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