日本大学理工学部物理学科

加速器実験：反クォークってなに？

●素粒子・原子核物理の実験では、 粒子加速器を使う場合が多いです。円形の粒子加速器の場合、円の周長が数十km になるものもあります。加速された粒子を用いて素粒子・原子核の内部の構造を調べたり、新しい粒子を作ったりします。

●原子の真ん中に原子核があり、それを構成しているのが陽子と中性子です。陽子と中性子は基本的にそれぞれクォーク3個からできていることが約50年前からわかっています。更に詳しく調べると、陽子や中性子の中には反クォークという、クォークの反粒子も存在していることがわかります。我々の現在の宇宙は物質優勢ですが、粒子加速器で加速された粒子を使って適切な実験を行えば、陽子や中性子の中の反クォークを研究することができます。

非加速器実験：地下から素粒子の謎にせまる

●素粒子実験の反応には、非常に発生がまれな現象があります。例えば、陽子崩壊、ニュートリノの反応、暗黒物質を始めとする未知の粒子の探索です。それらの観測のために、宇宙から飛んできて、地上に降り注ぐ宇宙線が遮蔽された地下に検出器が作られます。

●岐阜県神岡の地下実験施設では、色々な素粒子観測実験が行われており、これまで２つのノーベル賞を獲得しています（2002 小柴先生・超新星ニュートリノの観測、2015 梶田先生・ニュートリノ質量の発見）。

暗黒物質探索実験

●暗黒物質とは、標準理論で説明できない物質として、宇宙には通常の物質の5倍程度存在すると考えられています。宇宙からの背景輻射や、銀河の回転速度を調べることで存在が予想されています。

●神岡での地下実験施設でも、XMASS実験という、暗黒物質の探索実験が実施されています。XMASS実験は、世界最大級の、約1トンの液体キセノン（-100℃）を用いており、暗黒物質とキセノンが反応したときに発生する光を、光電子増倍管で観測します。

●2010年の観測開始以来、色々なタイプの暗黒物質を探索してきましたが、まだ未発見です。

● 暗黒物質探索実験は、世界中で実施されています。我々は、将来の新検出器のために、観測感度向上の研究も実施しています。

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