宇宙物理学コミュの反ヘリウムを宇宙空間で検出

欧州原子核研究機構(CERN)などの国際研究チームは8日、国際宇宙ステーション(ISS)に設置したアルファ磁気分光器(AMS)の分析結果から、ヘリウムの反物質である「反ヘリウム」を宇宙空間で検出した可能性があると発表した。宇宙の始まりに関する謎を解明するカギになるとみられる。

これまでの5年間に、900億回以上の宇宙線事象の観測(粒子検出)を行い、このうちヘリウム粒子の検出は37億回あった。そのほとんどはプラスの電荷を持つ通常のヘリウム原子核だったが、そのほかにマイナスの電荷を持つ反ヘリウム粒子(ヘリウムの反物質)と思われるデータが数個だけ含まれていたという。反ヘリウムは、反陽子2個と反中性子1個で構成される反物質。物質と反物質が接触すると巨大なエネルギーを放出して対消滅する。これまで反水素原子を人工的に作り出す実験などは成功しているが、自然界で反物質が見つかった例はない。

http://news.mynavi.jp/news/2016/12/13/047/

コメント(20)

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[1] mixiユーザー 12月13日 11:12

>そこでもうひとつ別の可能性として、反物質は完全に消えてしまったわけではなく、「反物質で構成された領域が宇宙のどこかに残っているのではないか」と考えることもできる。
>宇宙空間での反ヘリウム検出は、宇宙のなかに反物質領域が今も大量に残っている根拠となる可能性があり、本当であれば非常に重要な発見になる。研究チームは今後、より多くのデータ蓄積と詳しい解析を進め、検出された粒子が本当に反ヘリウムであるのかどうか検証していくとしている。

ビッグバン当時から宇宙に反物質が残ってたってより、新しく作られたんじゃないのかな～

[2] mixiユーザー 12月13日 22:07

なるほどお

宇宙では、銀河の中心などで高エネルギー反応がみられますし、宇宙のどこかで反粒子の生成反応があってもおかしくないですね

ビックバンからの生き残り、あるいは、どこにあるとも知れない反物質界からのはぐれもの
というより、物質界（我々の宇宙時空）で近年中に生成されたものと考えるのが自然だと思います
炭素原子みたいに反ヘリウムの年齢が調べられたらわかるでしょうけど

反物質と物質には、電磁力ような引力は働かないのか？

わたしは引き付けあって対消滅しそうな気がします
最小作用の原理でみたら、対消滅したほうが運動エネルギーが生じないのでエネルギー収支は少なくて済むわけです
電子陽電子では電荷で引き付けあう、あるいは互いに高速で運動しているので見かけ上

　”反物質相互作用”

は気にならなかったけど、みたいな

[3] mixiユーザー 12月14日 17:37

陽子と反陽子なら当然電磁気力で引き合いますね。
陽子と反陽子の対消滅は電磁気力によるものです。
p + p(-) →γ
陽子と反陽子が対消滅しガンマ光子になる
両辺から１つずつ移項すると
ｐ－γ　→ｐ
電荷のある粒子が曲がると電磁波を出す(光子を放出）
または
電荷のある粒子が電場から力を受ける（光子を受け取る）と方向が変わる
と同じ反応です。

しかし、対生成で陽子・反陽子が生まれる反応はかなりエネルギーの大きい事象です。
ブラックホールからの宇宙線など超高エネルギーの反応によって起きると、陽子・反陽子の質量エネルギーよりもはるかに大きいエネルギーが余ります。
これが運動エネルギーとなって両者とんでもないスピードで遠ざかってしまいます。
対生成直後に電磁気力で引かれ合い対消滅する時間はないかと思います。

リンク先では検出した反陽子のエネルギーのグラフが載っています。
これを見ると300～400GeVあたりにピークがあります。
陽子の質量が1GeV程度ですから、とんでもない運動エネルギーだという事が分かります。

これはブラックホールなどの天体由来の高エネルギー粒子でも説明が付きません。

そこでダークマターの対消滅によるエネルギーを考慮するとうまく説明できるようです。

ダークマターの質量は数百GeV～１TeV程度と見積もられていますので、ちょうど400GeVの陽子・反陽子になります。
ダークマターを想定していない理論値（緑色の線）とは大違いです。

[4] mixiユーザー 12月15日 10:16

自然界で、電子反陽子が対消滅して無くならない（電子が存在する）理由としては

電子や反電子がそれぞれ様々な方向に高速運動している
陽子など他の荷電粒子に電磁力で引き付けられて安定する

などが電子陽電子の電磁力による結合（対消滅）より優先して起こることが考えられる
では、

　　　消えた陽電子たちはどこに行ったのか？

陽子と反陽子の対消滅の場合
反陽子と電子では、電荷は同じなのに、質量は反陽子のほうが圧倒的に大きい
したがって陽子には重い反陽子より先に軽い電子が引き付けられて結合し、陽子は原子になる可能性が高い
荷電的に中性な原子になった後では、反陽子が電磁力で引き付けられないので自然に対消滅は起こり難いでしょう
では陽子反陽子の衝突がなぜ起こったかというと
コライダーの中という密度の高い圧縮された空間内で

　　運動量に起因した不自然な衝突により対消滅している

と思われます

陽子はｐ、反陽子を（ｐ）などと略記できますが、量子色力学の解釈だとその中には複数個のクオークや反クオークがあります
それぞれが対消滅しなければ

ｐ+（ｐ）→２ｎ・γ

という対消滅は完成しない
２ｎ・γの各γはクオークや反クオークの対消滅により生じたγ光子です
逆の対生成では、クオークや反クオークの対生成が、先にもしくは少なくとも同時でなければなりません

　　対生成は、そのまま対消滅の逆という対称的な現象ではない

と思います

例えばですが
自然界で稀にしか見あたらない陽電子たちは、電子と対消滅するより先に、たくさん集まって陽子ｐというひと塊になり、その状態が安定している（電子と対消滅しない）のではないか？
陽電子の塊の内部構造をみると、量子色力学で想定するようなクオークの過程を経ている

陽電子群→陽子凝縮という現象は、宇宙のカイラリティ非対称性に起因するのではないか？

反陽子は電子たちが陽子のように凝縮した稀なケースではないか？

ということが頭に浮かびます

[5] mixiユーザー 12月15日 11:51

上のわたしの落書きの冒頭で

”電子反陽子が対消滅して無くならない”
　↑
　　これは陽電子の間違い、反陽子と対消滅するのは陽子

＞ＴＡＣマターの質量は≒0.ｘ～1Ｔｅｖ

ダークマターの総エネルギー、力学的エネルギーではなく、質量が分離されて見積もられているのでしょうかね
速度が小さくても質量が大きいと運動エネルギーはたくさん必要になります

複合粒子の対生成が起こるとするなら、エネルギーの絶対値の大小というより、それに必要な一連の対生成が都合よく発生する確率が問われるのではないか？
対生成エネルギーは各生成粒子の静止質量分あれば事足りるはずです

対生成（Ｗｉｋｋ）
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AF%BE%E7%94%9F%E6%88%90

[6] mixiユーザー 12月15日 12:42

高速で飛び回っている電子に対して、反対の性質を持つ粒子とは何なのか？

電荷については正と負ですが
運動量（や時間）については
負になれないので

　ひとところに留まろうとする性質（停留する性質）

に対して

　　　　　飛び回る速度（あるいは時間の進行）

が、互いに逆関係にある、ような気もしないでもない

加速膨張する宇宙の中で、留まって取り残されたのが反物質に起因するダークマターなのか？
この意味でいいうところの”留まっている”ものは（どういうわけか）観測され難い？

それとも
観測とは縁もゆかりもなく
とにかくダークマターなるものがいたるところに大量にあるとすれば
現在までに積み上げた地上物理で宇宙を考える際の論理的不都合を解消できるので
超越的な存在としてのダークマターが宇宙のどこかに存在する
と仮定してみる
では、はたしてそういう超越的な存在（たんなる仮定した存在）から、現実に観測される反物質と物質（陽子反陽子ペア）が
生成されるのだろうか？

[7] mixiユーザー 12月15日 13:56

銀河内では、恒星の超新星爆発によって太陽の数十倍のあかちゃんブラックホールがたくさんできており、銀河中心では、赤ちゃんブラックホールが合体を繰り返したり、周囲の物質（宇宙ガスなど）を吸収して成長し、赤ちゃんブラックホールの何百万倍にも至る
銀河の腕の各部でも、中間質量のブラックホールができつつある、とみられている

この考えによれば、天体ブラックホールの質量は様々なものがあり得るので、銀河内で、ガスが中質量ブラックホールに攪乱、吸収される際に起こる様々な素粒子反応に供給されるエネルギーは様々な大きさの可能性があるでしょう

ちなみに、天体ブラックホールは存在するだけでは観測できない
しかし、周囲にガスがあれば、それを引き付けた際に高エネルギー光子を放射して発光し、観測されるが
周囲のガスが尽きれば再び観測されなくなる
重力波を観測すれば、見えない天体ブラックホールが地球の比較的近いところで合体したであろう、という予想ができるとも考えられます

[8] mixiユーザー 12月15日 14:20

観測可能な範囲は、光が届き得る四百数十億光年です

ビックバン理論において宇宙誕生初期に生成された反物質は
地球の現在の位置からみて、光が届き得る四百数十億光年より遠方に留まっているために我々には観測できない、という可能性はあるかと思います

[9] mixiユーザー 12月15日 14:45

ビックバン理論から考えたら、宇宙の果て（宇宙誕生時点の時空）は一点に収束しているはずです

我々が宇宙船に乗って地球から遠方に向かって（宇宙の果てに向かって）まっすぐ進んでいく場合、未来に向かって加速膨張しつづける時空の中を進んでいくのであって、観測される過去の物体の残像が存在していた過去の時空に戻っていくわけではないですよね

夜空を見上げたとき見えているのは過去に向かう宇宙の果てですが
空間的に同じ方向と思って宇宙船で地球を飛び出して進んでいっても、過去の宇宙に向かって進んでいるのではない

なんか不思議な感じですｗ

[10] mixiユーザー 12月15日 14:49

重力波の観測範囲はよく知りません
弱いけど、理論的には光観測より届く範囲が広いとか、ないんですかね

[11] mixiユーザー 12月18日 15:48

ダークマターは、現在の宇宙物理学のメインテーマだろうと思われますが

　　そもそもダークマターとはなんなのか？

わたしの認識だと・・・

加速膨張する広範な宇宙の天体配置が力学法則（地上で法則化された古典力学）に従っていないことを補正するために、空想として導入された仮想物質です

ダークマターは、自然界（地上物理）の４つの力のうち、電磁力や強い力の２つ、ないしは弱い力の３つの力が、まったく効かないしそういう力を働かせることもない
素粒子論の文脈で言えば、重力相互作用するだけ、のご都合粒子のことです

ちなみに
このご都合粒子の数式的記述は、観測に基づく素粒子標準理論からはアプローチしにくいですが
カルツァークライン理論や超対称性理論などの仮説理論で粒子を記述した場合、それらしいものが他の実在粒子と同じ文脈で無理なく書けてしまいます
ダークマターの候補粒子としては、ＫＫ粒子（ＫＫ理論）やニュートラリーノ（ＳＵＳＹ理論）が周知だと思います
※ＳＵＳＹ（ＳＵｐｅｒＳＹｍｍｅｔｒｙ）とは超弦理論の必須条件となる超対称性のことです

ＫＫ理論では、あたまごなしにこの３次元宇宙の空間を高次元に拡張しているので、当然ながら粒子記述の自由度も高くなります
超弦理論では、自然界に存在しないＳＵＳＹを仮定（光速度不変や相対性原理のように）しており、結果的にそのような仮定の下で現実物理を矛盾なく記述するには１０次元（当初は２７次元）時空が必要のようです
要するにこれらの理論は、観測に基づく宇宙（時空）の大前提である空間次元や自然法則のほうを拡張することによって、実在粒子と同じ物理を共有したまま仮想的な粒子までをも同じ数式で記述しているわけです
すでに観測されてきた現実の物理と矛盾しないですし、さらに、あらたに観測された未知の現象の説明にも使えますから、論文ネタに難儀する一部の人にとって非常に魅惑的であるとともに大勢の人にとって

　　そういう研究って、何なの？

という科学への疑念を投げかけるなんともやっかいな特徴があるかと思います

マックスウェル連立方程式で電磁気学のすべてが記述され、一般相対論で重力理論のすべてが記述さるる、というようにこれまでに洗練されてきた理論物理学では、基礎理論は簡潔明瞭な記述にまで洗練され、シンプルな美しさを持っています
科学の発展の途中経過では、洗練されていない煩雑な数式をこねくり回しながら、新たな数学理論（物理の記述の道具立て）の誕生とともに、数学と物理が両輪のごとくかみ合いながら発展してきましたね

空想（四次元以上の次元や超対称性粒子）が事実存在した、なんてことががないとは限りませんが、科学的説明のため安易にご都合主義で仮定を増やす前こ、プランクやアインシュタインやマックスウェルのようなアプローチを目指すのが本筋だという気がします
わたしは、量子重力理論に空想的存在は必要ない、という直観的予想（先入観）を持っています

[12] mixiユーザー 12月21日 23:35

クリスマスまであとちょっと

XMASS実験
http://masamune.miyakyo-u.ac.jp/sotsuron/master-thesis-sato.pdf

これは東京大学宇宙線研究所神岡宇宙素粒子研究施設（岐阜県飛騨市にある全国共同利用の研究施設。神岡鉱山の地下1000mに実験施設をもち、スーパーカミオカンデをはじめとする世界最先端の研究を行っている）の実験装置を使った、１０年前のレポートのようなんで、ネタは古いですが

液体キセノンは密度が約2.96g/cm3(@161.5K)と高密度なので、ニュートラリーノに対して高感度な検出器をコンパクトにできる、とのこと

発光メカニズムは、粒子の衝突による励起で二重体に重合したキセノン原子がもとの単体にもどる復帰仮定で放射される電磁波によるもの

電子や核子の衝突でシンチュレーション光を発するが、電子と核子のシンチュレーション光はパルスの違いで見分けられるらしい

[13] mixiユーザー 12月22日 00:03

宇宙空間でほとんど止まってるようなコールドークマター（ニュートラリーノ）と、

銀河の回転運動の中にある高速な太陽の周りをさらに高速で公転しながら宇宙空間を進んでいる地球内の液体キセノン原子とが、

ぶつかるたびにちょっと遅れて光る、ってことでしょうかね

ってことはですよ
ニュートラリーノの静止質量とシンチュレーション光から、宇宙に対する地球の運動量（速度）のおおよその絶対値がわかるんじゃないの？

[14] mixiユーザー 12月25日 23:31

ダークマター存在せず?

「エントロピック重力理論」と観測データが一致
http://news.mynavi.jp/news/2016/12/22/230/

（以下は、上記マイナビニュース記事のコピペです）

ライデン天文台(オランダ)の天文学者マーゴット・ブラウワー氏らの研究チームは、宇宙における重力分布の測定データを分析し、「エントロピック重力理論(ヴァーリンデ理論)」と一致する結果を得たと報告した。エントロピック重力理論は、2010年にアムステルダム大学の理論物理学者エリック・ヴァーリンデ教授が発表した重力についての新理論。重力とは「電磁気力」「強い力」「弱い力」と並ぶ自然の基本的な力ではなく、実は「見かけの現象」に過ぎないとする理論であり、発表当時、物議を醸した。この理論に立つと、宇宙の全質量・エネルギーの約27％を占めるとされる目に見えない未確認の重力源「暗黒物質（ダークマター）」を想定しなくても良くなる点も注目されている。ブラウワー氏らの研究論文は「英国王立天文学会月報」に掲載された。

研究チームは今回、3万3000個超の銀河の周囲での重力分布を測定し、それらのデータがヴァーリンデ理論による予測値と一致するかどうかを調べた。その結果、観測された重力分布はヴァーリンデ理論とよく一致していることが確かめられたという。

重力分布の測定には「重力レンズ効果」を用いる。銀河の重力によって銀河の周囲の空間が歪むため、歪んだ空間がレンズの役割を果たし、その空間内を通る光の進路が曲がる。これによって手前の銀河のまわりでは背後の銀河の像がわずかに歪む。この歪みを測定することで重力分布を調べることができる。

重力レンズ効果による銀河の像の歪み(出所: Netherlands Research School for Astronomy)

重力レンズを使って調べると、銀河の周囲では、アインシュタインの一般相対性理論から予想されるより強い重力が、銀河の半径の数百倍に及ぶ範囲に広がっていることがわかる。一般相対性理論に矛盾しないようにこの重力分布を説明するには、見えない重力源であるダークマターの存在を仮定する必要がある。一方、ヴァーリンデ理論では、ダークマターを想定せず、目に見えている天体だけを重力源として計算しても観測結果を上手く説明することができる。

ブラウワー氏は「ダークマターを仮定しても銀河のまわりの重力分布は説明可能である」と指摘する。つまり、今回の研究によってダークマターの存在が直接否定されたわけではない。ただし、ダークマターによる説明では、実際の観測で得られたデータと合致するようにダークマターの質量を決める必要がある。つまり、理論と現実を一致させるための自由変数として、ダークマターの質量が使われている。一方、ヴァーリンデ理論はこうした自由変数を利用しておらず、理論から直接導出した予測値が実際の観測結果と一致するという強みがある。

今年11月には、理論提唱者であるヴァーリンデ教授本人も、エントロピック重力によって「銀河の回転速度問題」を説明できるとする論文を発表した。渦状銀河の外縁部は、非常に速い速度で回転していることがわかっているが、目に見える通常の天体の質量にもとづく計算ではこの速度の説明がつかない。この問題を既存の重力理論の枠内で説明するには、目に見えない大量のダークマターを重力源として想定する必要があった。

エントロピック重力理論では、重力とは「物体の位置に関する情報量の変化によって生じるエントロピー的な力である」と説明される。物体の位置が変動することによって、情報量としてのエントロピーが変化し、この変化が重力という形を取って現れるという。つまり、重力とは、エントロピー変化にともなう見かけ上の現象ということになる。

この主張は、「電磁気力」「強い力」「弱い力」と並ぶ自然の基本的な力として重力をとらえる従来の物理学理論とは大きく異なっている。また、「情報」という概念を使って重力について説明しているところも、エントロピック重力理論の特徴である。三次元空間内の情報はすべて二次元平面に保存されるとする物理学上の仮説「ホログラフィック原理」とも深く関わっている。

[15] mixiユーザー 12月25日 23:37

わたしにとってで恐縮ですが

この記事は、クリスマスプレゼントみたいな、わくわくするような
とても心地いいい記事なんです

[16] mixiユーザー 12月26日 03:11

重力レンズ効果による銀河の像の歪み(出所: Netherlands Research School for Astronomy)

[17] mixiユーザー 12月26日 13:06

記事中にも
>「ダークマターを仮定しても銀河のまわりの重力分布は説明可能である」と指摘する。つまり、今回の研究によってダークマターの存在が直接否定されたわけではない。
とあるように。この理論はダークマターを否定できませんよね。

重力レンズ効果での時空のゆがみをダークマターだとしなければ説明できない現象もあります。
弾丸銀河など、光学的な写真と重力レンズでの写真で見事に分離してる姿が捉えられています。
写真は銀河団1E 0657-56。
HSTなどが撮影した可視光画像にチャンドラで観測されたガスの分布（ピンク）と重力レンズで検出された質量の分布（青）が重ね合わせられています。
銀河団同士の衝突において、光で撮影した写真には星がまさに衝突し減速している中、重力レンズで観測するとダークマターはそれぞれの銀河団を素通りし抜けて行ってしまっているという、現在考えられているダークマターの性質の証拠。

[19] mixiユーザー 12月26日 15:07

弾丸銀河団
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%BE%E4%B8%B8%E9%8A%80%E6%B2%B3%E5%9B%A3

ハッブル望遠鏡が撮影した銀河団に、重力レンズから推定された質量分布の等高線を書き加えたイメージ画像。図には示されていないX線を放つガスは、2つに分かれた銀河団の間にあるが、質量分布は銀河団の銀河の位置と一致する。

このことが暗黒物質の存在を示すとして、主たる科学アカデミーにおいて現時点では合意されている
ということですね

[20] mixiユーザー 12月26日 15:21

弾丸のような小さな銀河が巨大な銀河に猛スピードで突入したと思われる現象において、銀河の回転と同様に古典力学で説明できない観測結果が報告されている

突入して出てきた弾丸ガス雲の質量分布には重力レンズ効果が働いていると思われる

重力レンズ効果を考慮して計算した場合、弾丸銀河の先端から三角形に拡がるガス雲の質量分布に謎があって、電磁力に対して透明なダークマターが存在すればその影響が現れるはず

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