そもそも物質と私たちの宇宙はなぜ存在するのでしょうか?

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私たちの宇宙の始まりは暴力的で混沌とした出来事でした。 物質と反物質の粒子が現れたり消えたりして、光のバーストとして消えていきました。 ペアで作成され、電子、中性子、陽子、およびそれらの反物質相当物（反対の電荷を持つ）が接触すると、それらは互いに消滅し、純粋なエネルギーだけが残り、光子のフラッシュで見ることができます。 そして、このバランスが保たれていたら、何も残らないでしょう。 宇宙も私たちも存在しないでしょう。

しかし明らかにそうではなく、どういうわけか物質が優勢となり、残った粒子が原子、分子、そして最終的には私たちが存在するすべての物質を形成しました。 そして、不可解なことに、私たちが発見できる反物質はそれほど多くありません。

たとえ数学が対称性を要求して反対の方向を向いているように見える場合でも、この非対称性の問題は何が説明されるのでしょうか? コロラド大学ボルダー校のJILA/NISTのノーベル賞物理学者エリック・A・コーネル率いるグループの新しい論文は、この疑問の答えに向けた一歩を踏み出した。

エリック・アリン・コーネル博士は、1995年に最初のボース・アインシュタイン凝縮体を合成した功績により、カール・E・ウィーマン氏およびヴォルフガング・ケッターレ氏とともに、2001年のノーベル物理学賞を受賞した。現在、JILAのコーネル氏の実験物理学者グループは、次のような基礎粒子を研究している。電子を使って非対称性を検出します。

Science誌に掲載された彼らの新しい研究では、同グループは電子の記録破りの測定結果を共有し、非対称性の原因の解明に私たちを近づけた。

研究チームは、いわゆる電子の電気双極子モーメント (eEDM) に注目しました。 eEDM は、電子によって運ばれる負の電荷がその N 極と S 極の間にどのように均等に分布しているかを示します。 eEDM の測定値がゼロを超えて凹凸がある場合、それは電子が完全な円形ではなく、卵型に近いことを示します。 これは、物質の存在を説明できる非対称性の証拠となるでしょう。

コーネル大学のチームは、フッ化ハフニウムの分子を扱うことで、eEDM を測定する能力を大幅に向上させました。 彼らは、以前に行われたものよりも 2.4 倍正確な測定を行うことに成功しました。

米国立標準技術研究所 (NIST) のプレスリリースで説明されているように、このプロセスには、紫外線レーザーを使用して分子から電子を剥ぎ取り、正に帯電したイオンのセットを作成し、それをトラップすることが含まれていました。

トラップの周りで電磁場が交互に発生し、分子が整列したり整列しなくなったりします。 次に、このようにして作成された 2 つのグループのエネルギー レベルを測定するためにレーザーが使用されました。 準位の違いは、電子が対称ではないことを示しています。

新しい実験では、チームは以前よりも長い測定時間を達成することができました。 これにより、感度と精度が向上しました。 しかし、彼らは準位の動きには気付かず、少なくともこのレベルの精度では電子は依然として円形に見えると結論付けました。

クレジット: Casey A. Cass/コロラド大学

Interesting Engineering は、グループの手法と結果についてさらに洞察を得るために、エリック コーネル博士と話をしました。

以下は、明確さと流れのためにわずかに編集されています。

興味深いエンジニアリング: 非対称性の証拠を見つけることがなぜ重要なのでしょうか?

コーネル博士: 非対称性が存在することは最初からわかっており、物質と反物質の非対称性において、宇宙は一方から構成され、もう一方からは構成されていません。 基本的に過去を振り返ると、ビッグバンの後、宇宙には現在の数の 10 億倍もの物質があったことがわかります。 そして、10億個の陽子と10億個の反陽子ごとに、実際には10億個の陽子が存在し、それらはすべてくっつきました。 そして残ったのは、ビッグバン後に残った物質と反物質のほんの一部でした。