Ghostly Beacons of New Physics


By Martin Hirsch /Heinrich Päs/Werner Porod M. ヒルシュ /H. ペズ/W. ポロド
English 日本語 日本語
Few physicists have had the privilege of bringing a new elementary particle into the world. When Wolfgang Pauli hit on the idea of the neutrino in 1930, however, internal misgivings tempered his response. “I have done a terrible thing,” Pauli later told his colleagues. “I have postulated a particle that cannot be detected.”  新粒子を世に紹介できる特権にあずかれる物理学者はごく少数だ。パウリ(Wolfgang Pauli)がニュートリノのアイデアをひらめいたのは1930年のことだったが,頭をよぎった不安が彼の喜びを半減させた。「とんでもないことをしたもんだ」と後にパウリは仲間に話している。「私は検出不可能な粒子の存在を仮定してしまった」。
The neutrino is indeed elusive—its ghostly nature allows it to slip through almost all physical barriers, including the materials that physicists use in their particle detectors. In fact, most neutrinos pass cleanly through the earth without so much as brushing against another particle. Yet Pauli’s fears turned out to be slightly overblown: the neutrino can be detected—although doing so requires great effort and experimental ingenuity.  実際,ニュートリノをつかまえるのは難しい。幽霊のようなこの粒子は,ほとんどすべての物理的障壁をすり抜ける。粒子検出器に使用する材料も例外ではない。ほとんどのニュートリノは他の粒子とかすりもせずに地球を通り抜けてしまう。とはいえ,パウリの心配はいささか度が過ぎていたようだ。ニュートリノは検出できる。多大な労力と観測方法の工夫が必要にはなるが。
Neutrinos are the oddest of the fundamental particles on other grounds as well. They do not make up atoms, nor do they have anything to do with chemistry. They are the only electrically neutral matter particles. They are extremely light—less than a millionth the mass of the next-to-lightest matter constituent, the electron. And neutrinos, more than other particles, metamorphose; they shift among three varieties, or “flavors.”  ニュートリノはあらゆる意味で異色の素粒子だ。原子を構成することもなく,化学反応にも関与しない。ニュートリノは唯一の電気的に中性な物質粒子であり,非常に軽い。その質量は2番目に軽い物質構成粒子である電子の質量の100万分の1にも満たない。さらにニュートリノは,他のどの粒子よりも変身しやすい。ニュートリノは3つの種類(フレーバーという)の間を行き来する。
These tiny particles have kept physicists in continuous astonishment for more than 80 years. Even today fundamental questions about the neutrino remain unanswered: Are there only three flavors of neutrino, or do more exist? Why are all neutrinos so lightweight? Are neutrinos their own antimatter counterparts? Why do neutrinos shift character with such amazing verve?  この微小な粒子は80年以上にわたって物理学者を驚かせ続けてきた。現在でも,ニュートリノにまつわる根本的な謎の答えは出ていない。フレーバーは本当に3種類しかないのか? それとも,もっと多くの種類が存在するのだろうか? なぜこれほどまでに軽いのか? ニュートリノの反粒子はニュートリノ自身なのか? なぜころころと変身してしまうのだろう?
Around the world—at particle colliders, at nuclear reactors, in abandoned mine shafts—new experiments that can address these questions are coming online. The answers they deliver should provide essential clues to the inner workings of nature.  こうした謎を解明しようと,世界中の粒子加速器や原子炉,廃鉱になった鉱山で新たな実験が進んでいる。そこから引き出される答えは,自然界の隠れた構造を知るために必要な手がかりを与えてくれるに違いない。
The neutrino’s oddities make it a lodestar guiding particle physicists on the daunting voyage toward a so-called grand unified theory describing all particles and forces, except gravity, in a consistent mathematical framework. The Standard Model of particle physics, the best theory of particles and forces to date, cannot accommodate all the complexities of the neutrino. It must be extended.  現在,すべての粒子と重力以外のあらゆる力を一貫した数学的枠組みの中で説明する大統一理論の探求が続けられている。ニュートリノの奇妙な性質は,その理論への道標にもなっている。現時点で素粒子と力に関する最も成功している理論はいわゆる「標準モデル」だが,複雑なニュートリノの謎を標準モデルですべて説明することはできない。理論の拡張が必要なのだ。