中西部の人々は、7 月にミシシッピ川を曳航され、イリノイ州の平地を走る巨大な電磁石を見て驚いたかもしれません。電磁石は、ニューヨークのブルックヘブン国立研究所の元の家からシカゴ近くのフェルミ研究所に向かう途中でした。 2016 年には、素粒子物理学の標準モデルとして知られているものを超えた物理学の興味をそそるヒントを探すように設計されたミューオン g-2 実験 (「ジー マイナス 2」と発音) の中心となる予定です。
ミューオン g-2 実験では、非常に短命の粒子であるミューオンが、より軽い従兄弟である電子に変換される過程を捉えようとしています。これは、新しい粒子、または力、または他の何かが完全に責任を負う必要があります。この変化を確認するために、研究者はミューオンが磁場に置かれたときに発生するぐらつきを正確に測定します。これは、量子真空内で仮想粒子が出入りするすべての影響によるものです。ぐらつきの値が標準モデルの正確な予測と一致しない場合、科学者が言うように、何らかの「新しい物理学」が関与していることがわかります。
ありそうもない？もちろんです。しかし、科学者が素粒子物理学のモデルがほぼ完成したと考えていた1936年にミュオン自体が発見されたときと同じくらいありそうにない.カリフォルニア工科大学の 2 人の物理学者、カール アンダーソンとセス ネダーマイヤーが宇宙線を研究していたとき、磁場を通過するときに予想どおりに曲がらない粒子があることに気付きました。 1 年後、雲室実験により、これが実際に新しい粒子であることが確認されました。
それはとても驚くべき展開でした。ラビは有名な宣言をしました。 ？」そしてそれは、物質粒子 (クォークとレプトン) の 1 世代、2 世代ではなく 3 世代、さらには 4 種類の力を運ぶ粒子 (ゲージ ボソン) を含む、はるかに複雑なバージョンの標準モデルにつながりました。粒子動物園。粒子加速器以外では、これらの第 2 世代と第 3 世代に遭遇することはめったにありません。なぜなら、それらは非常に重いため、すぐに第 1 世代のいとこに崩壊してしまうからです。
それは、謙虚なミュオンが実用的なアプリケーションを持つことができないという意味ではありません.ロスアラモスの科学者は、主要な国境検問所でのトラックや貨物コンテナでの核物質の違法輸送を追跡するために、ミュオンベースの放射線撮影技術を開発しています。日本では、ミューオン検出器が、活火山がいつ噴火の準備をしているのかを検出するのに役立つ可能性があります。
最もカラフルなアプリケーションは、マヤのピラミッドをマッピングするためのミューオン検出器の使用です。これは、X 線領域の高エネルギー光子の代わりにミューオンのみを使用する、一種の X 線に似たイメージング技術です。画像化されているオブジェクトの密度が高いほど、ブロックされるミュオンが多くなり、影ができます。内部構造に隙間がある場合 (たとえば、隠された埋葬室)、これは結果として得られる画像に透明な領域として表示されます。地表下 100 フィート以上の物体を撮像するには、地中レーダーよりも優れています。
1960 年代に、物理学者のルイス アルバレスがエジプトの考古学者と協力して、ギザにあるカフラー王のピラミッドの隠された部屋にアクセスしたことは有名です。彼はミュオン検出器として特別な火花室を作り、それを鉄板で包み、それを使って構造全体を撮影しました。彼がデータを分析したところ、予想より少ない数のミュオンを止めた明確な領域がピラミッドにありました。つまり、そこの密集した構造に空隙があり、まだ発見されていない隠された部屋があることを示唆していました。残念ながら、そのような部屋は見つかりませんでしたが、Alvarez の研究は、ミュオン トモグラフィーとして知られる技術の原理の証明を確立しました。
テキサス大学オースティン校の Roy Schwitters のように、Alvarez の足跡をたどろうとしている研究者もいる。彼は古いミューオン検出器を再利用して、ベリーズの隠れたマヤ遺跡である可能性が高い未踏の「ジャングルに覆われたマウンド」をマッピングしている。そのアイデアは、ラ・ミルパのピラミッドの土台の周りにいくつかのミュオン検出器を埋め込み、それらを使用してピラミッドを通過するミュオンの軌跡を測定し、内部にあるものをマッピングすることです。内部の CT スキャンを撮影するようなものです。明るいスポットは、ボイド、潜在的な金庫室、またはチャンバーを示します。
今、素粒子物理学のモデルが完全であると考える科学の歴史の別の時点に戻ってきました。しかし、物理学者はまだ新しい物理学を探しています。それが超対称性、量子重力、またはまったく別のものであるかどうかにかかわらず、フェルミ研究所のミュオン g-2 実験は、フロンティアを調査するために設計された多くの実験の 1 つにすぎません。知るか？ミューオンは、私たちが宇宙について知っていることを再び劇的に変えるかもしれません.
Jennifer Ouellette はサイエンス ライターであり、 の著者です。 微積分日記 および今後の 私、私自身、そしてなぜ：自己の科学を求めて。 Twitterで彼女をフォロー @JenLucPiquant .
