宇宙飛び交う反粒子発見か　暗黒物質由来の可能性

【ストックホルム＝共同】欧州合同原子核研究所（ＣＥＲＮ、スイス）は８日、国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）の観測装置で、物質と出合うと消えてしまう反物質でできた「反ヘリウム」とみられる粒子が宇宙を飛び交っているのを検出したと発表した。
　
これまで自然界で発見された例はなく、本物と確認されれば、宇宙を満たすとされるが正体不明の「暗黒物質」の存在確認につながる可能性がある。
　
検出したのはヘリウムと重さがほぼ同じで、帯びている電気のプラスとマイナスがヘリウムとは逆の粒子。
ＩＳＳの装置で2011年からの５年間に観測した900億個超の粒子を分析したところ、ヘリウム原子核が37億個あったのに対し、反ヘリウムとみられる粒子が数個見つかった。

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▽引用元：日本経済新聞web　2016/12/9 12:14
http://www.nikkei.com/article/DGXLASDG09H3A_Z01C16A2CR0000/

▽関連リンク
AMS-02 (http://www.ams02.org/)December 8th, 2016
The First Five Years of the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station
Unlocking the Secrets of the Cosmos: The First Five years of AMS on the International Space Station
http://www.ams02.org/2016/12/the-first-five-years-of-the-alpha-magnetic-spectrometer-on-the-international-space-station/

The T2K Experiment
http://t2k-experiment.org/ja/2016/08/t2k-cp-violation-search-results-presented-at-ichep-2016/
「反物質」消滅の新証拠か　高エネ研などニュートリノ実験で初観測 （産経新聞） - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20160807-00000065-san-sctch
http://amd.c.yimg.jp/amd/20160807-00000065-san-000-5-view.jpg


ニュートリノの「CP 対称性の破れ」の解明に第一歩を踏み出す

T2K 実験(東海-神岡間長基線ニュートリノ振動実験)国際共同研究グループ(以下、T2K コラボレーション)は、反ミュー型ニュートリノから反電子型ニュートリノへのニュートリノ振動について、2014 年の実験開始から取得した観測実験データをまとめ、同研究グループが 2010 年から 2013 年までの実験で明らかにしたミュー型ニュートリノから電子型ニュートリノへのニュートリノ振動の結果と比較し、ニュートリノと反ニュートリノで、電子型ニュートリノへの出現が同じ頻度では起きない、すなわち、「CP 対称性の破れ」があることを示唆する結果を得ました。

「ニュートリノと反ニュートリノのニュートリノ振動の確率が違う」ということが事実であれば、万物を構成する素粒子の仲間であるクォークでは破れている「CP 対称性」がニュートリノでも破れていることを意味するともに、「宇宙の始まりであるビッグバンで物質と反物質が同数生成されたのに、現在の宇宙には反物質はほとんど存在していない」という宇宙の根源的な謎を解明するうえで大きなヒントとなります。

T2K実験では、2014年より反ニュートリノを生成する実験を開始し、2016年5月までに、ニュートリノデータとほぼ同量の反ニュートリノデータを得ることができ、これまでの全データの解析の最新結果を、8月7日(日本時間)に米国シカゴで開催される高エネルギー物理学に関する国際会議(ICHEP)にて公表するに至りました。

T2K 実験が 2010 年から 2016 年 5 月までのニュートリノビームを生成した期間のデータから、「CP 対称性の破れがない」と仮定した場合の電子型ニュートリノの予想出現回数を求めたところ、約 24 個と推定されました。それに対して、スーパーカミオカンデ検出器で実際に観測された電子型ニュートリノは 32 個と、予測値と異なっていました。

また、T2K 実験が 2014 年から 2016 年 5 月までの反ニュートリノビームを生成した期間に、「CP 対称性の破れがない」と仮定した場合の反電子型ニュートリノの予想出現数は、約 7 個でした。それに対して、スーパーカミオカンデ検出器での実際の観測では、4 個の反電子型ニュートリノしか観測されませんでした。

これらの観測数と予想値の違いに加えて、ニュートリノ振動を起こさなかったミュー型ニュートリノ・反ミュー型ニュートリノの観測数や、観測されたそれぞれのニュートリノ・反ニュートリノのもつエネルギーなどの測定値も考慮し、総合的な解析を行いました。また、原子炉ニュートリノ実験の結果も用いて推定した「CP対称性の破れがない」と仮定した場合の予想と比較し、電子型ニュートリノ出現現象に現れた「CP対称性の破れ」の大きさを測定しました。その結果、「ニュートリノと反ニュートリノで電子型ニュートリノ出現が同じ頻度で起きる」という仮説は90%の確率で棄却されました。すなわち、「ニュートリノと反ニュートリノで電子型ニュートリノ出現が同じ頻度では起きない可能性が高く、CP対称性の破れがある」ということが示唆されました。

ただし、90%という信頼度は、実験の最終結果として結論づけるには統計的に十分な有意水準とは言えません。今後データ量を増やしての検証を要しますが、ニュートリノと反ニュートリノが違う性質を持つ可能性を示唆する興味深い結果です。

現時点でのデータ収集量は、T2Kコラボレーションの当初の実験提案の約2割に到達した所です。今後、J-PARCの加速器やニュートリノビームラインの性能向上によるニュートリノビームの強度増強をはかり、より高い有意水準での「CP対称性の破れ」の検証を行なう予定です。また、T2Kコラボレーションは、J-PARCのさらなる性能向上の可能性を考慮して当初の実験提案の2.5倍のデータ(これまで取得したデータの約13倍)を収集し、さらにデータ解析の改良をすることで、ニュートリノにおける「CP対称性の破れ」を3σ(=有意水準99.7% )の信頼度で検証することを目指しています。さらに、米国NOvA実験との相互検証も可能であり、今後、数年程度のタイムスケールでニュートリノ振動の新たな知見が得られると期待できます。

 

物質と反物質の違いの理論的解明に道筋 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2015/20151120_4/

要旨

理化学研究所（理研）仁科加速器研究センター 理研BNL研究センター計算物理研究グループの出渕卓グループリーダー、クリストファー・ケリー理研BNLセンター研究員らをはじめとする国際共同研究グループ※は、原子より小さい極微スケールで起こるK中間子[1]崩壊における「CP対称性の破れ[2]」のスーパーコンピュータを用いた計算に成功しました。今回の理論計算は、実験結果との比較をするにあたって最終的な結論を出すための精度がまだ不足していますが、長年の課題であったK中間子崩壊過程におけるCP対称性の破れの理論計算が可能であることを証明しました。

約138億年前、ビッグバンにおいて同数の粒子と反粒子が対生成されたと考えられています。しかし現在の宇宙には、反物質[3]から成る星や銀河は観測されていません。つまり反物質は消滅したことになります。すべての物理法則が物質と反物質の入れ替え（CP変換）で不変（CP対称）だとすると、宇宙の進化を説明できないため、CP対称性は破られる必要があります。

2000年までに「中性K中間子が直接的にCP対称性を破り、π中間子[1]に崩壊する現象」が観測されました。この現象は100万回のK中間子の崩壊につき数回しか起こらないものであり、明らかにされていない物理法則の影響が最も見えやすい現象の1つだと期待されました。従って、この実験結果と小林・益川理論[4]に基づく理論計算の比較が長らく待たれていました。

自然界では、中性K中間子の崩壊で生じる2つのπ中間子は、互いに反対方向の運動量を持ちますが、計算機上で崩壊するπ中間子に運動量を与える方法がなく、正確な計算が不可能でした。今回、国際共同研究グループは計算機上に表した空間格子の境界条件に工夫を加えることにより、K中間子が自然界と同じ運動量を持ったπ中間子へ崩壊する状況を実現しました。

そして、スーパーコンピュータ「IBM Blue Gene/Q」で大規模格子量子色力学[5]計算を行い、小林・益川理論と素粒子の標準理論[6]から導き出されるCP対称性の破れのサイズを初めて計算で示し、実験結果との比較が可能であることを示しました。

国際共同研究グループでは近い将来、より一層計算精度を上げることを目指しており、それが現在の素粒子物理の標準理論を超えた未知の物理法則の発見につながると期待できます。

成果は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』（11月20日号）掲載に先立ち、オンライン版（11月17日付）に掲載されました。

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欧州原子核研究機構（CERN）らは、国際宇宙ステーション（ISS）に搭載したアルファ磁気分光器（AMS）による 最新の研究成果を発表した。この研究は、AMSで検出した410億個の粒子の分析に基づくもので、宇宙線の流束中で観測される過剰な陽電子（電子の反物質）の謎について新たな洞察を与えるとされる。
Physical Review Letters に論文が掲載された。

AMS実験では、宇宙線の流束をこれまでにない精度で図像化することができる。
今回発表された成果では、過去に記録のないエネルギーでのデータが提示されている。
分析した410億個の一次宇宙線の事象中、1000万個について、電子および陽電子であると特定した。
これらの事象のエネルギー範囲0.5～500GeVでの分布は、宇宙からのそれらしい入射方向がないにもかかわらず、8GeVからの陽電子の増加がみられることを示している。
陽電子の比率の増加が止まるエネルギーは、275±32GeVと測定されている。

この「カットオフエネルギー」以降の陽電子の比率の減少は非常に重要である。
「過剰な陽電子はダークマター粒子が対消滅して電子・陽電子対となった痕跡である」ということを示している可能性があるためである。現時点での観測結果は、パルサーのような物体によっても説明できるものであるが、1TeVオーダーでのダークマター粒子とも興味深い一致を見せる。ダークマターの性質に関するいくつかのモデルは、通常の宇宙線衝突から予想される陽電子比率を上回る過剰な陽電子の挙動について予測している。
近い将来、このシグナルがダークマター由来のものなのか、他の発生源に由来するのかを評価する上で、より高いエネルギーでの観測結果がきわめて重要になると思われる。

以上、CERN広報資料：New results from the AMS experiment in space（野良ハムスター★訳）
http://home.web.cern.ch/about/updates/2014/09/new-results-ams-experiment-space

ISSに搭載されたAMSの外観
http://home.web.cern.ch/sites/home.web.cern.ch/files/styles/medium/public/image/update-for_the_public/2014/09/ams_iss.jpg?itok=IS3nmrS0

プレスリリース：
Latest measurements from the AMS experiment unveil new territories in the flux of cosmic rays
http://press.web.cern.ch/press-releases/2014/09/latest-measurements-ams-experiment-unveil-new-territories-flux-cosmic-rays

論文：High Statistics Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-500 GeV
with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station
Phys. Rev. Lett. 113, 121101 - Published 18 September 2014
DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.121101