CERN、LHCの3倍となる超巨大粒子加速器を2040年に稼働させる計画を明らかに

masapoco
投稿日
2024年2月6日 11:30
FCC min

CERNの誇る大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider: LHC)は、数々の歴史的な発見に貢献し、我々の世界そのものの成り立ちを理解する手助けをしてくれた偉大な存在だ。だが、その偉業にもかかわらず、近年ではその限界も見えてきた事もまた事実である。そこで科学者らは既存の粒子加速器の少なくとも3倍の大きさの新型加速器の計画を進めている。

大型ハドロン衝突型加速器は、スイスとフランスの田園地帯の地下にある27kmの円形トンネル内に建設され、ビッグバンの数十分の1秒後に存在した状況を再現するために、陽子やその他の素粒子を光速に近いスピードで衝突させる。

世界最大の衝突型加速器であるこの装置は、エディンバラ大学の理論物理学者Peter Ware Higgsと他の研究者数名によって「ヒッグス粒子(Higgs boson)」が提唱されてから約50年後の2012年、ヒッグス粒子の発見に使用された。この偉業は翌年、ノーベル物理学賞を受賞した。

しかし、ヒッグス粒子の発見以来、衝突型加速器は、ダークマターやダークエネルギーの性質、なぜ物質が反物質よりも優勢なのか、現実には隠された異次元が存在するのかなど、宇宙の最も深い謎のいくつかに光を当てるような重要な新しい物理学を明らかにしていない。

そこでCERNの研究者らは、Future Circular Collider(FCC)と名付けられた巨大な粒子衝突型加速器という野心的なプロジェクトの計画を発表した。

CERNが計画しているこの超大型衝突型加速器は、宇宙の謎をさらに深く掘り下げ、物理学に革命をもたらし、宇宙のより包括的な理解をもたらす可能性のある粒子を探索することを目的としている。

提案されているFCCは、その前身である大型ハドロン衝突型加速器(LHC)を大きく超えるもので、3倍の大きさ、91kmの円周、2倍の深さを持つ。そして、その計画に必要とされる費用は120億ポンド(2兆2,300億円)という途方もないものだ。

しかし、この提案には批判もある。英国政府の元最高科学顧問であるSir David Kingは、世界が気候危機による深刻な脅威に直面しているときに、この装置にそんな巨額の支出を費やすのは「無謀」だとBBCに語っている。

ミュンヘン数理哲学センターのSabine Hossenfelder博士をはじめとする批評家たちは、FCCが成功する保証はないと主張し、素粒子物理学研究の規模と資金の再評価を求めている。

「実際のところ、そのような機械ができる可能性があるのは、標準モデルのいくつかの定数をより正確に測定することだけです。このような大きな投資を正当化できるほど、社会的意義があるとは思えません。このような実験に資金を提供することは、多くの賢い人々が何の進歩にもつながらない研究に時間を浪費することを意味するのではないかと危惧しています。LHCにはそれなりの動機があった。ですが、FCCにはそれがありません。素粒子物理学者は、自分たちの時代が終わったことを受け入れなければならない。今は量子物理学の時代なのです」。

だが、CERNの事務局長であるFabiola Gianotti教授は、このプロジェクトを擁護し、人類が基礎物理学と宇宙の内部構造を理解する上で大きな進歩を遂げる原動力となる “美しい機械”であると述べた。「承認されれば、FCCは、今日の基礎物理学と宇宙理解における未解決の問題のいくつかに取り組むことを目的として、最小のスケールと最高のエネルギーで自然の法則を研究するために建設された、これまでで最も強力な顕微鏡となるでしょう」。

LHCの失敗が近づいている?未だ粒子発見には至らず

LHCは、当初期待されていた成果を上げられず、宇宙の95%を占める粒子(ダークマターとダークエネルギー)を発見できていない。2段階に分けて建設が提案されているFCCは、このギャップに対処することを目的としている。

2040年代半ばに予定されている第1段階では電子を衝突させるが、2070年代に始まる第2段階ではより重い陽子を使用し、まだ発明されていない高度な磁石が必要となる。

大型ハドロン衝突型加速器のLHCb実験のメンバーであり、リバプール大学の物理学教授であるTara Shears氏は、次のように述べた:「科学的なケースは本当にエキサイティングです。現在、この装置が実現可能かどうかの研究を行っています。それは2025年に終了し、2028年までに最善の方法を決定する予定です。より大きく、より速く、より強く、宇宙の細部についてより多くの詳細を明らかにする能力を備えた次世代マシンだ。大型ハドロン衝突型加速器では研究できなかったヒッグスやヒッグス場の特徴を明らかにし、暗黒物質を探したり、新しい物理学のアイデアを新しい領域でテストしたりすることができるのです」。

ダークマターとダークエネルギーの探索は新しいものではない。20年以上前、CERNの研究者たちはLHCがこれらの謎の粒子を明らかにするだろうと予想しており、探求は今も続いている。批判的な批評からはこうした成果を鑑みた上で懐疑的な見方を示し、成功の保証に疑問を呈し、現在の世界的な課題を考えると、より抑制的なアプローチを提唱した。

リニアコライダーなどの代替案を提案する者もいるが、CERNはFCCを支持する姿勢を崩していない。グラスゴー大学のAidan Robson教授は、リニアコライダーの方がコストが安いとBBCに語った「主な利点は3つある。まず第一に、直線的な機械は段階ごとに行うことができる。第2に、コストプロファイルがかなり異なります。3つ目は、トンネルが短くなり、より早く建設できることです」。

しかし、CERNの決定は、世界中の物理学者が参加した徹底的な協議プロセスから生まれたものである。このプロセスは、この記念碑的な科学的試みの費用を負担する英国を含む加盟国の反応を測ることを目的としていた。

科学界がこの巨大プロジェクトの是非を議論する中、FCCは人類の不屈の好奇心の証として存在している。私たちは今なお知識の限界を押し広げ、宇宙の秘密を解き明かす可能性を提供しているのだ。

LHCのATLAS実験のメンバーであり、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの物理学教授であるJon Butterworth教授は、衝突型加速器は現在進行形であると述べた。

「これは、人間の知識のフロンティアを、物質と基本的な力の中心へと拡張することであり、それらが実際にどの程度基本的なものであるかを見るためでもあるのです」。


Sources



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