物語
クォーク教授
“やあ、来ましたね。クォーク教授です、よろしく。すべての始まりを、いま見てきたところですね。ここジュネーブの地下100メートルで、その始まりを小さく取り戻します。わたしの粒子加速器で。”
クォーク教授
“50年にわたり、標準模型はほぼすべてを説明してきました。クォーク、レプトン、3つの力。でも「ほぼ」です。宇宙の物質の約85%は暗黒物質で、何でできているのか誰も知りません。”
クォーク教授
“答えは、まだ誰も到達していないエネルギーで待っているはずです。そのためには、もっと大きなリングが必要です。そしてその後も、たぶんもうひとつ。”
クォーク教授
“仕組みはこうです。2つの粒子バンチが、ほぼ光速でリングを逆向きに駆け巡ります。検出器の中で交差するとき、あなたが衝突させます。運動エネルギーが新しい粒子に変わります。E = mc²。”
クォーク教授
“衝突のたびにデータが手に入り、それで強化の代金を払います。見つけた粒子は磁石や検出器の支払いに使います。そしてビームエネルギーが高いほど、重い粒子が生まれます。”
クォーク教授
“大きな目標はヒッグス粒子。5個集めれば、評議会が次のリングを承認します。まずFCC、次はヨーロッパ横断、地球一周、月の周り……そして太陽圏まで。”
クォーク教授
“そしてどこか遠く、既知のすべての先で、公式には存在しない粒子が待っています。それを見つけましょう。一緒に。”
仕組みの解説
クォーク教授
“下にあるのがタイミングバーです。点は粒子バンチのリズムで動きます。明るいところが、バンチがちょうど検出器の中で交差する瞬間です。”
クォーク教授
“明るいところでタップすればヒット。データが満額もらえて、新しい粒子のチャンスもあります。外すと交差を逃し、ビームは真空パイプの残留ガスに当たるだけ。数バイトで終わりです。”
クォーク教授
“ヒットです。でも 1 MeV では光子しか生まれません。質量のない光の量子です。物質にはまだエネルギーが足りません。”
クォーク教授
“電子の質量は 0.511 MeV。しかも単独では生まれず、必ず反粒子の陽電子と対になります。合わせて 1.02 MeV、これがビームの最低ラインです。アインシュタインの計算どおり、E = mc²。”
クォーク教授
“もうひとつ。続けて交差に当てるとフォーカスがたまり、1ヒットあたりの衝突が増えます。一度外すか、長く手を止めると消えてしまいます。”
クォーク教授
“電子です。純粋なエネルギーから生まれた、あなたの最初の物質。相棒の陽電子はポール・ディラックが予言し、1932年に実際に見つかりました。”
クォーク教授
“ここでは粒子が第2の通貨です。データでビームを、粒子で装置を買います。たとえば電子でルミノシティを。”
クォーク教授
“ルミノシティとは、バンチを密にして衝突を増やすこと。あなたがいなくても、レベルごとに毎秒0.2回衝突します。それでも自分のヒットのほうが有利で、アンコモン以上の確率が3倍です。”
クォーク教授
“これで、あなたがコーヒーを飲んでいる間も装置が動きます。次の目標は、140 MeV のパイ中間子です。”
クォーク教授
“パイ中間子は最も軽いハドロンで、クォークと反クォークが強い力で結びついたものです。1935年、湯川秀樹が原子核をつなぎとめる「のり」として予言しました。”
クォーク教授
“パイ中間子です。ミュー粒子ももうすぐ。電子の重い親戚で、質量は207倍です。”
クォーク教授
“どちらも磁場の支払いに使います。強い双極磁石ほど、高エネルギーのビームを軌道に保てます。レベルごとに衝突1回あたりのデータが ×1.3 になります。”
クォーク教授
“検出器はタマネギのような造りです。層が重なり、層ごとに見える粒子が違います。”
クォーク教授
“いちばん内側は短寿命の重い粒子を捉える崩壊点検出器、次が荷電粒子を捉える飛跡検出器。カロリメータはエネルギーを測り、いちばん外側がミュー粒子検出器です。そこまで届くのはミュー粒子だけです。”
クォーク教授
“各層のレベルが1つ上がるごとに、その層の粒子ファミリーが12%出やすくなります。まずは飛跡検出器から。最初のレベルはパイ中間子数個で買えて、イベントディスプレイに本物の飛跡が見えます。”
クォーク教授
“もうなかなかのコレクションですね。粒子には6つのランクがあります。コモン、アンコモン、レア、エピック、レジェンダリー、そしてリングの大目標となるミシック。リングが大きくなるたびに、新しい仮説上の粒子が登場します。”
クォーク教授
“図鑑には、それぞれの粒子が何で、どうやって発見されたのか、そしてまだ何が足りないのかが載っています。”
クォーク教授
“125 GeV からが本番です。ヒッグス粒子。ピーター・ヒッグスが1964年に予言し、2012年に見つかりました。ここCERNで。”
クォーク教授
“本物のLHCでは、10億回の衝突で1個しか生まれません。ここではもっと早いですが、それでもレアです。カロリメータが役に立ちます。2つの光子への崩壊を捉えてくれるんです。”
クォーク教授
“ここだけの話ですが、バンチが色づいて光っていたら、レアなものを運んでいます。その交差を当ててください。逃すと消えてしまいます。”
クォーク教授
“ここからがエレガントなところです。すべての粒子は固有の振動数で振動します。E = hν。強化メニューでビームの波を J/ψ の波にぴったり重ねれば、次々に生まれます。1974年のその発見は、今も「11月革命」と呼ばれます。”
クォーク教授
“きれいに測れましたね。良いイベントは発表されます。段階は4つ、学会発表・論文・表紙・ノーベル賞で、粒子ごとに各段階の枠があります。どこまで届くかは、最も弱い測定値で決まります。検出器や強化で上がります。発表済みのものは図鑑で確認できます。”
クォーク教授
“記録したイベントは、質量・分解能・有意性・√s・パイルアップ・レア度・トリガーの7つの値で測定されます。測定ログで確認できます。”
クォーク教授
“各値は、ゲームの同じ段階にある似たイベントと比べられます。「60%より良い」とは、似たイベント100件のうち60件より良いという意味です。”
クォーク教授
“7つの値のうち最も弱い値が決め手です。60%から学会発表、80%から論文、90%から表紙、99.2%からノーベル賞。弱い値がひとつあるだけで、イベント全体が足を引っ張られます。”
クォーク教授
“グレーの枠はまだ空です。十分によいイベントを記録すると、自動で埋まります。そのためには検出器・分解能・トリガーを強化し、パイルアップを低く保ちましょう。値をタップすると、どの強化が効くか分かります。”
