『LHC』最高／最悪のシナリオ：検証される5つの宇宙理論(1)

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Alexis Madrigal

大変だ！ 欧州にある『大型ハドロン衝突型加速器』(LHC)が、9月10日(現地時間)に初めて本格稼働されるという話、あなたは聞いていただろうか。[別の英文記事によると、9月10日午前10時28分、陽子ビームが加速器に入射し、ビームが想定通り周回した。陽子同士を衝突させる実験は数週間後に行なわれるという]。

もちろん聞いたはずだ。それに、LHCが史上最も巨大で高価な科学機器であることや、宇宙に対する根本的な考え方を変えることになるということも、何度も繰り返し聞いたはずだ。

そう、すごい話だ。でも、具体的にLHCにはどんな意味があるのだろう？

今回われわれは、LHCから生まれるであろう発見によって、5つの主要な物理理論――およびこれらの理論を展開することに人生を費やしてきた理論家たち――がどのような影響を受け得るかを分析する。

簡単に言えば、LHCは、超伝導磁石が陽子を光の速度に近づくまで加速する際に、陽子の軌道をガイドすることを目的とした一連のチューブだ。物理実験の世界におけるディズニーランドみたいなもの、と考えてもいい。

多数のさまざまな検出器は、どの理論物理学者の計算が実際の世界に合っているかを検証する目的で設計されたものだ。

この数十年間、物理学者たちは不思議さを増す道をたどってきた。宇宙の基本的性質に関する理論が次々と登場した。具体的には、超弦理論(ひも理論)や、宇宙は複数の宇宙と多数の次元で構成されているという説、さらに私たちが見ることも検出することもできない物質などだ。だが今、当代の理論家たちが、フランスとスイスの国境の地下深くで、各自の考えを検証しようとしている。

ここで、以下の5つの理論が、LHCによってどのように裏付けられる、あるいは否定される可能性があるかを見てみよう。

円周は27キロメートル。画像は別の英文記事より

ビッグバン理論

最高のシナリオ: LHCの『ALICE』実験によって、クォーク・グルーオンプラズマ (理論上はビッグバン後に数ミリ秒間だけ存在したとされる物質)が作成される。

太陽の10万倍以上の温度を作り出せれば、この粒子が冷えて、既知の粒子に膨張する様子を観察できると期待されている。これによって、陽子や中性子が構成要素のクオークの100倍重い理由が解明できるかもしれない。

最悪のシナリオ:誤って極小のブラックホールが作成され、一瞬のうちに地球が消える。

軽い冗談だ。CERN内外の科学者たちは、LHCが地球最後の日のシナリオを作り出す可能性を否定している。理論的にいって、LHCが生成し得るブラックホールには、電球を点灯させるエネルギーもない。

その一方で、英国王立協会の王立天文台長、Martin Rees氏は、[LHCの事故によって]世界が破滅する確率を5000万分の1と見積もっている(ある種の宝くじに当たる確率に近い)。

[以下の動画は、Alice実験について説明するもの]

超弦理論

最高のシナリオ:特定のタイプの超対称の粒子(超対称性粒子)が検出される。これは、物理学者のミチオ・カク氏が「11次元からのシグナル」と呼んでいるものだ。

これによって、超弦理論を唱えてきた物理学者たちが正しい方向に向かっていることと、実際の宇宙は私たちが体験している4次元と、自然の諸力を結び付ける他の7つの次元で成り立っていることが証明されるだろう。

最悪のシナリオ:超弦理論の基本前提が覆される。

LHCは、科学者がウィークボソン(弱い相互作用を媒介とする素粒子)を研究できる初めての粒子加速器だ。想定されたかたちで散乱しない場合、超弦理論の提唱を最初からやり直すか、ある物理学者が『New Scientist』に述べたように、「これらの理論に反する結果が生じた場合、こうした結果を生じる何らかの代替案について、必死で取り組み始める」ことになるかもしれない。

[過去記事「「11次元の宇宙」：超弦理論をLHCは実証できるか」では、超弦理論とLHCについてより詳しく紹介している]

(2)へ続く[9月12日掲載予定です]

WIRED NEWS 原文(English)