科学者たちが「極小のビッグバン」を再現、宇宙の起源に迫る

クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）という宇宙誕生直後の超高温物質状態が、これまでより大幅に小さな粒子衝突でも生成できることが、欧州合同原子核研究機関（CERN）の実験で実証された。この発見は、ビッグバン直後に何が起きたのかを解明する上で、新たな道を拓くものだ。

宇宙が誕生してから最初のマイクロ秒の間、物質は現在のわたしたちが知る形では存在していなかった。その代わり、クォークとグルーオンが超高温のプラズマ状態で存在していたと考えられている。クォークは陽子や中性子を構成する素粒子であり、グルーオンはクォークどうしを結びつける役割を果たしている。これらが物質の最も原始的な形態である。宇宙が膨張し冷えていく中で、クォークは凝縮され、やがて通常の物質へと進化していった。この太古の「スープ状」物質の性質を理解することは、宇宙の成り立ちを知る鍵になる。

粒子加速器による衝突実験でQGPを再現する試みは数十年にわたって続いている。これまで多くの実験では鉛のような重い原子核が用いられてきた。重い原子核を光速に近い速度で衝突させることで、ビッグバン直後に相当する高いエネルギーを得られるからである。しかし、より小さな衝突でもQGPが生成されるのであれば、その条件を知ることで、この物質がどのような限界まで存在しうるのか、そしてビッグバンの瞬間に何が本当に起きたのかという根本的な問いに答えられるかもしれない。

CERNが今年8月に発表した論文では、酸素16とネオン20の原子核を衝突させる実験でQGPの生成に成功したと報告している。これらの原子核は鉛の原子核の10分の1以下の質量しかない。実験に関わった研究者によれば、このような軽い原子核の衝突からもQGP特有の流体的な振る舞いを示すシグナルが確認されたという。生成された物質は瞬間的に液体のように一体となって膨張し、その後冷却されて再び粒子へと戻ったように見えた。この結果から、物質がQGPという極限状態へと転移するために必要な根本的な条件についての理解が深まった。

この発見が持つ意義は、宇宙物理学の基礎研究としての価値だけではない。粒子加速器実験を支える技術基盤は、検出器から制御装置、ビーム調整システムまで、多くの高精度機器と複雑なシステムで構成されている。こうした基礎研究が進展することで、それを支える計測・分析・制御技術への要求も必然的に高度化していく。日本の製造業や部品サプライヤーの中でも、粒子加速器関連の機器や超高真空技術、精密計測システムなどに携わる企業は多い。基礎研究の進展と、それを実現するための技術革新は相互に依存している。CERNのような国際的な研究機関の挑戦が深まることで、それを支える技術水準も必然的に高まり、やがて他の産業への波及効果につながる可能性がある。

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