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サイエンス

ヒッグス粒子の存在確認に大きな進展 56

ストーリー by hylom
そして忘れ去られるブラックホール 部門より
あるAnonymous Coward 曰く、

欧州合同原子核研究機関(CERN)は13日、ヒッグス粒子の存在が確認できる可能性が高まっていることを発表した(MSN産経ニュースマイナビニュース本家/.)。

ヒッグス粒子の存在はCERNの2つの国際的な研究チームATLASおよびCMSがそれぞれ別の実験装置で行った実験から示唆されているとのこと。ATLASの実験データから導き出されたヒッグス粒子の存在確率は98.9%だったという。ただしまだ存在確認までは至っておらず、その「一歩手前」という段階にあるというが、2012年には確認できる見通しであるとのことだ。ATLASには東京大学や高エネルギー加速器研究機構など日本の研究機関も参加している。

ヒッグス粒子とは万物の質量の起源であるとされている素粒子。ヒッグス粒子と他の素粒子が相互作用することで素粒子が質量を得たと考えられてきたが、存在したとしても極めて短時間でしか存在せず、未だその存在は確認されていない。

またあるAnonymous Coward 曰く、

発表内容の要点としては「標準理論のいうヒッグス粒子が存在するとすれば、その質量は116~130GeVの領域(アトラス実験)、115~127GeVの領域(CMS実験)にありそうだ」ということらしい。ヒッグス粒子が存在するかどうかの結論を含めたより詳細な結果についてはまだデータの収集が必要だが、2012年中に明らかにできるだろう、という予測も述べられている。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • E=mc^2=0 の世界なのか。
    そのような世界でも、c は c なのか。
    宇宙の初期段階では、非線形に、非アナログ的に相変化するのか。
    エネルギー=質量=0、の宇宙だったからインフレーションは起こり得たのか。
    複素宇宙から実宇宙への変化点で、質量は発生したのか。
    重力は、次元を超えて伝搬することと、どう関係するのか。

    • E=mc^2は、静止した状態での話。
      動く物体だと、エネルギー運動量テンソルとして、複合的に考察する必要が在る。

      ちなみに、エネルギー保存則と運動量保存則は、各成分独立で同時に成立する。
      エネルギーは1成分だが、運動量は方向別に3成分在るから、運動量の方が情報が多い。
      でも、何故か、運動量保存則の存在を忘れてる人が多いんだな。

      で、運動エネルギーはテンソルでしか表現出来ないから、ばっさり切り捨てる為に「静止」と言う条件をつけて残ったのがmc^2ってだけ。

      でも、内部的には動いているが全体としては静止していれば、内部的な運動エネルギーの総和は、外部から見た質量と等価になる。
      ヒッグス機構で質量を獲得するなら、実は「何か」が猛烈に動いているのかも知れない。
      ま、その候補には、重力子ぐらいしか残ってないが。
      //慣性質量と重力質量の違いは敢えて無視

      と、駄文を書いていて疑問に思った。
      重力子の運動エネルギーってどうなるんだろ??

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      親コメント
      • by Anonymous Coward

        >重力子の運動エネルギーってどうなるんだろ??

        古典的な相対論の範囲では、そりゃ(4元)波数と振幅に応じた運動量(とエネルギー)を持ちます。
        量子化した重力の量子論でも光子と同様波数と粒子数に応じて持つはずです。が、まあ完成してないんで断言は出来ないんでしょうが。

    • by Anonymous Coward

      >E=mc^2=0 の世界なのか。

      エネルギーはいわゆる静止質量項だけじゃないぜ。
      その式は、それ以降の項だのなんだのを無視した近似式だ。

      >そのような世界でも、c は c なのか。

      まあ質量があろうが無かろうがcは特殊な速度だし。
      #現状の理論に大きな間違いがある場合を除く。

      >宇宙の初期段階では、非線形に、非アナログ的に相変化するのか。

      非線形は非線形だろうけど、相転移かどうかとアナログ的かどうかは特に関係ないぞ。

      >エネルギー=質量=0、の宇宙だったからインフレーションは起こり得たのか。

      • by Anonymous Coward

        質量以外にエネルギーが存在するのでしょうか?
        全てのエネルギーは質量だと言うことがヒッグス粒子の存在意味ではないのですか?

        • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 0時27分 (#2066607)

          >全てのエネルギーは質量だと言うことがヒッグス粒子の存在意味ではないのですか?

          全く違います。
          ヒッグス場と結びつくものだけがヒッグス粒子由来の質量を獲得します。
          例えばヒッグス場と結びつかない電磁場は質量を獲得しませんが、エネルギーを持ちます。

          なお、運動量に基づくエネルギー部分も質量に押し込めて「相対論的質量」とか言っていた時代もありますが、考え方として非常に曲がりくねっている上に、一般相対論にまで行けばそもそもそんな考え方をする必要が一切無いため、こちらも現代では多くの場合質量には含めません。
          そんなわけで、我々に身近な運動エネルギーも、(いわゆる静止質量としての)質量以外のエネルギーです。

          親コメント
          • by Anonymous Coward

            ありがとうございます。
            相対論では理解できない所なのですね。

            • by Anonymous Coward

              >相対論では理解できない所なのですね。

              いや、うん、どう言ったらいいか。
              相対論と量子論を適度に組み合わせた理論から出てくる。そう言う意味では相対論は必須だ。
              量子論の枠組みも必要だから、そう言う意味では相対論だけでは出てこない。

              ただし、(一般)相対論と量子論の融合は(適度に問題点に目を瞑って)部分的に組み合わせてるだけだから、そもそも理論はまだ完成していないとも言えるが。

              • by Anonymous Coward

                理論ではなく、観測結果なのでは?
                物理学では、観測結果を最優先に考える。
                小柴さんが言ってました。

              • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 1時53分 (#2066635)

                >理論ではなく、観測結果なのでは?

                ヒッグスに関して言えば、観測結果はまだありません。まあ、だからこそ探してるんですが。

                現状、多くの観測結果を矛盾無く説明できる理論を構築すると、本来各種粒子には質量がない事が予測される。その予測と、質量があるという事実を整合させるには、ヒッグス場という観測されたことのない実体を仮定して、ヒッグス機構という相互作用を導入すると矛盾は消える、というだけの話。

                だから実際にヒッグス場(というか、そこから出てくるヒッグス粒子)が観測されれば安心だが、居ないことが判明すると現在の理論を再構築する必要が出てくる。

                親コメント
          • by Anonymous Coward

            済みません、できるだけ噛み砕いて(大学生程度に分かる程度)に教えてほしいのですが、
            電子はどういう扱いなんでしょう?

            >例えばヒッグス場と結びつかない電磁場は質量を獲得しませんが、エネルギーを持ちます。

            結びついているんですか?結びついていないんですか?どっちでも選んで構いませんが詳しく説明をお願いします。

            なんども質問すると失礼にあたるでしょうので、あらかじめ。
            電磁場と電子はべつもんだよって言われた場合、ヒッグス場とヒッグス粒子もべつもんだよと先に返しておけばよろしいでしょうか?

            他にも疑問はたくさんあるのですが、ノートのスペースが狭すぎるので、ここまでにしてやる!

            • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 9時59分 (#2066718)

              まず、ヒッグス場というものが世界全体に広がっています。
              そいつのモードが3+1に分裂します。詳細はちゃんと式を追っていただかないといけないんですが、んー、例えば固体が広がっていて、そこで発生する波が横波2種(振動方向が上下or左右)と縦波1種に分類できるような感じです(注:この比喩は正確なものではない)。

              +1の方のモードは、励起すると非常に大きな質量を持つ粒子に見えます。これをヒッグス粒子と呼びます。

              3つのモードの方は、弱い力を媒介するW粒子およびZ粒子と混ざり合い、これらに質量を与えます。
              この3つのモードは同時に、物質の元になっている電子(と、同類のミューオン、タウオン)や、陽子や中性子や中間子などの元になるクォークとも結びつき、これらにも質量を与えます。

              ただしヒッグス場によってクォークが獲得できる質量はごく僅か(電子と同程度)で、実際には
              ヒッグス機構により小さな質量を得る → 小さな質量の存在によりカイラル対称性が破れ、大きな質量を得る
              という二段構えになっています(ヒッグス場を使わない方法も提案されている)。

              >電磁場と電子はべつもんだよって言われた場合、ヒッグス場とヒッグス粒子もべつもんだよと先に返しておけばよろしいでしょうか?

              別な方も指摘していますが、電子の持っている電荷が変動させるのが電磁場であり、電磁場の粒子的な描像は電磁波(光子)です。

              ヒッグス場と、その励起描像としてのヒッグス粒子
              電磁場と、その励起描像としての光子
              重力場と、その励起描像としての重力子

              などの対応の方が近いと言えます。

              親コメント
            • by Anonymous Coward

              電子は質量を持ちますよ?陽子だって電荷をもちますよ?
              それを言うなら光子でしょ。

              光は電磁波の一種。光は光子による。光子に質量はない。
              そして、光を当てると温度が上がる。発電できる。羽根が回ったりする。
              それらはエネルギー変換によるもので、質量を持たない光(光子)がエネルギーを持つ事を表す。
              ここまで高校以下の物理だと思う。OK?

              で、電磁場と光子と電荷の関係と、ヒッグス場とヒッグス粒子と質量の関係は似ている、といっていいのかな?
              でも同じではない。
              電荷にプラスマイナスあるけれど、質量にプラスマイナスはない、みたいな?
              ヒッグス場と質量は磁力と電荷の関係っぽいけどちがうっぽい?
              そして、光子は磁力でもクーロン力でも曲らないけど、重力では曲るふしぎ。

        • by Anonymous Coward

          hν

          • by Anonymous Coward

            質量が粒子化するのは、ニュートリノが光の速さをを越えるのと関係しているのでしょうか?

            • by Anonymous Coward

              >質量が粒子化するのは

              しません。
              お前は何を言ってるんだ。

              • by Anonymous Coward

                すみません。良く理解していない者で。
                ご迷惑をおかけしました。

    • by Anonymous Coward

      ホーキング博士が言う相対論ですね。
      "無"から始まったと言う事ですが、本当に無に帰れる(戻れる)のでしょうか?
      冗談的に言うと、できちゃった者は認知して養育費を払うしか無いですよね。
      それが、宇宙の法則では?

      • ホーキング先生が
        「LHCはヒッグス粒子を見つけらんないに賭ける」
        と言い出した瞬間、ヒッグス粒子の存在は確定したと解釈したのは私だけで良いです。

        #割とマジに、ホーキング先生は負けを確信した時のみ賭を張ってるんじゃないかと思ってる。

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        • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 4時13分 (#2066650)

          『ホーキング、宇宙を語る』第一版の131ページに、保険として自分の研究結果と逆のほうに賭ける、と書いてますね。
          自分が正しければ(金は損するが)それでよし。
          間違っていれば、賭けには勝つので慰めにはなる、とか。

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  • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 4時46分 (#2066651)

    ヒッグスで説明されるのは慣性質量が生じる仕組みのみのように思う。だから、重力質量と慣性質量が一致する仕組みは、別に必要になりそう。

    • まるで私の日記に書いていたようなコメントをACで発言されるとなんとなく意味もなく俺じゃないぞって言いたくなる。

      --
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    • by Anonymous Coward

      >だから、重力質量と慣性質量が一致する仕組みは、別に必要になりそう。

      まあそれ自体は昔から言われていて、慣性質量と重力質量がなぜ一致するのか?に関しては謎です。謎だけど、とりあえず測定結果では一致してるっぽいからそのまま進むか、で現在に至る。

      とはいえ、超弦理論などの方では「もしかしたら両者が一致するメカニズムになるかも知れない」という相互作用項が見つかっている(ただし、厳密な計算が出来ているわけではないので「これ使うといい感じに一致しそうじゃね?」という予想止まり)ので、もしかしたら何十年後かには判明するかも知れません。

  • by gonzo (38147) on 2011年12月15日 9時50分 (#2066712)
    いっつもビッグスかと空目して、 忘れられているウェッジを思ってしまう・・・。 # SW劇中ではウェッジの方が活躍しているけど # FFは6以降の出演だっけ?
  • by Anonymous Coward on 2011年12月14日 19時40分 (#2066504)
    CERN先生の次回作にご期待ください! ってことでいいの?
  • by Anonymous Coward on 2011年12月14日 20時20分 (#2066529)
    短時間しか存在しないヒッグス粒子が、素粒子に質量を与え続けられるものなんでしょうか?
    • by Anonymous Coward on 2011年12月14日 21時05分 (#2066548)

      ヒッグス場は元々4つの自由度を持つ場で、4種類の等価な励起が可能(4つのモードを持つ)。
      これが自発的対称性の破れにより、「質量のない3つのモード」と、「質量を持つ1つのモード」という励起状態を持つ場に変化する。自由度の数は変わらないからモードの数自体は同じだけど、内容が変わる。
      ここで言う質量を持たないモード、持つモードってのは、まあ最低励起エネルギーがゼロか有限か、ってのと同じようなものだと思ってもらえればいい。

      で、前者の3つの質量を持たないモードは、ゲージボソンやらフェルミオンやらの素粒子の場(これらも質量を持たない)と結びついて、両者が結合した新しい粒子であるかのように振る舞う。で、我々がこれらの複合した場(粒子)を観測すると、あたかも質量を持った一つの実体であるかのように見える。

      一方、今観測されたかどうかが話題になっているヒッグス粒子ってのは、残った1つの励起に対応する。つまり、ヒッグス場のうち、素粒子に質量を持たせている成分ではないモードを励起することに対応する。

      なんと説明したらいいかな。
      例えばx方向に長く伸びて、y方向に短い細長い長方形のゴム板があったとする。このゴム板がヒッグス場。
      で、ゴム板上でx方向に広がった音波(定在波)、つまりz=sin(x)的な変位が、励起エネルギーがゼロで、粒子に質量を与えているモード。
      それに対し、実験で検出しようとしているのはy方向に対応する音波、つまりz=sin(y)というモード。
      両者は全く異なるモードで、それぞれの寿命は全く異なるけど、その大元となっている本体であるゴム板(=ヒッグス場)は一つ、とかそう言う描像。

      親コメント
    • by Anonymous Coward on 2011年12月14日 20時26分 (#2066532)

      観測にかかった(かもしれない)ヒッグス粒子は、空間に広がっているヒッグス場の一種の励起状態です。すぐに崩壊して基底状態に落ち、その際に余ったエネルギーが様々な粒子として放出され検出にかかります。

      一方、質量の起源になっているのはそもそものヒッグス場です。

      親コメント
      • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 1時45分 (#2066631)

        もうちょっと噛み砕くと

        ヒッグス場を水面にたとえるなら、素粒子はそこに浮かぶブイのようなもの。
        ブイは常に水の抵抗を受け続けている(質量が存在する)状態です。

        今回見つかった(かも知れない)ヒッグス粒子はたまたま水面から跳ねた滴みたいなものです。

        素粒子同士の衝突という観測行為によって、
        このヒッグス場の水面が強く叩かれて飛び出した滴(ヒッグス粒子)が、
        水面にまた落ちたときの波紋で見つかったかどうかを検出しています。

        親コメント
    • わたしも全然分かっていませんが、粒子に加速度を与えようとした瞬間に発生するということではないでしょうか? つまり、ある粒子の運動量が変化する際に空間との相互作用というかたちで実在化するとか。

      # 本当に分かっていないので、有識者の方の解説希望

      親コメント
    • ヒッグス粒子は2成分あって、1つの成分は素粒子の質量に化けて、
      もう1つの成分を観測したということ。
      ヒッグス粒子のバリオン数、レプトン数はともに0なので、
      より安定な粒子=反粒子対に崩壊する。
      親コメント
  • by Anonymous Coward on 2011年12月14日 20時55分 (#2066544)

    ハイそこで研究助成金はしゅ〜りょ〜。

    • 19世紀末にも, 残りのエーテルと黒体輻射を解明すれば物理学は終わりって言われていたんですけど.

      親コメント
    • by oku (4610) on 2011年12月14日 22時21分 (#2066572) 日記
      まだ SUSY とか磁気単極子とか陽子崩壊とか探せるものは一杯ありますよ。
      親コメント
    • 粒子を発見しただけじゃ終わらないよ。
      粒子の検出に成功したら、今度は、定量計測の研究に移る。
      科学の真髄は、その定量性に在るんだからね。

      ヒッグス機構は、質量獲得の仕組みだから、ヒッグス場を積極的に制御出来るなら、夢の慣性制御に繋がる。
      推進剤を使わない宇宙機の可能性だって有り得る。
      コレ位大きく出れば、予算も獲得出来るよね?

      --
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    • by Anonymous Coward

      とりあえずヒッグスまでで標準模型はほぼできあがるけど、そもそもの標準模型自体がまだ不完全な理論体系(より完全な理論体系の、ある範囲内での近似であったり部分集合であったり)と考えられていて、LHCはそう言った標準模型の外まで含めて検証(というか標準模型を超える現象を探索する)するための装置だから、別にヒッグスが見つかっただけでは終了にならんよ。

      • by Anonymous Coward

        将来の物理学者さんたちが失業になっちゃうもんね。ただでさえ物理研究職の数なんてたいしたものではないのに。CERNだけでもテクニシャンや事務職をふくめ6000人の雇用を抱えているのだから。

    • by Anonymous Coward

      >この粒子が見つかっても量子色力学、電弱相互作用と重力の統一理論を作る答えにはならないし、
      >宇宙の究極の起源に対して答えを与えないからである。

      大騒ぎしてるわりに大したこと無いよね。

      予算獲得がんばってください。

  • by Anonymous Coward on 2011年12月14日 22時53分 (#2066584)

    無生物ですか?

  • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 0時59分 (#2066617)

    かなり昔はヒッグス粒子はエネルギーが高くて、今あるエネルギーの低い実験装置では見つけられそうにないとか、XXeV以下の領域にヒッグス粒子が存在する確率はXX%だとかいう話が良く出てたと思うんですけど、このあたりの話はどうなってるんでしょう?

    • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 1時49分 (#2066633)

      標準模型にトップクォークの質量測定結果等を組み合わせたものから:高エネルギー域(=超短距離域)まで標準模型が正しいなら、かなりの確率で150GeV±30GeV付近にないといけない(ただし、そんなエネルギー領域で標準模型がまだ正しい保証はない)。
      200GeV以上は考えにくい。
      *超対称性などを考慮すると、もうちょっと重いものや、もっと劇的に軽いものも可能になる場合もある。場合によっては狭くなる場合もある。

      LEP実験(CERNの前世代加速器):114GeV以下には95%の確率で存在しない。

      TeVatron:160-170GeV前後あたりには居なそう。170-180あたりにも多分居ない。
      TeVatronは「140GeVあたりに何か居たかも?」という発表を一度出したことがある。

      LEP・TeVatronの結果の総合的なフィットから:恐らく185GeV以上には存在しない。

      LHC:今年中頃に、140GeV以上には居なそうだ、というところまで判明。LEPでの低エネルギー域での結果と合わせ、(軽いHiggs粒子が存在するのなら)114-140GeVの間に絞り込まれる。

      LHC:125GeVあたりに居るかも(今ここ)

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      昔からLHCでも理論予想値の下の方なら検証できるって言われてたよ

  • by Anonymous Coward on 2011年12月15日 3時34分 (#2066647)

    ヒッグス!

    #カトちゃんペ

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アレゲはアレゲ以上のなにものでもなさげ -- アレゲ研究家

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