時事/経済 PositiveNegativeFreeStyleArguments

理化学研究所(理研)開拓研究所のステファン・ウルマー 主任研究員(Ulmer基本的対称性研究室)を研究代表者とする欧州原子核研究機構(CERN)の国際共同研究グループ「BASE実験グループ」は、反陽子を閉じ込めたトラップをトラックに乗せ、輸送することに世界で初めて成功しました。実験グループは、可搬型の極低温ペニングトラップに92個の反陽子を閉じ込め、これを反陽子減速器から切り離してトラックに乗せ、CERNの主要サイト内を移動した後、実験を行ったところ、実験を継続することができました。


この研究の最終的な目標は、反陽子の生成が可能な世界で唯一の施設であり、スイス・ジュネーブからフランスとの国境にまたがるCERNの「反物質[1]工場」から反陽子を運び出し、ドイツのハインリッヒ・ハイネ大学デュッセルドルフなど、欧州の遠く離れた研究機関へ輸送することです。CERNの反物質工場の近くでは磁場が揺らいでおり、これが反陽子の性質の超高精度測定を阻んでいます。そこで、磁場環境が安定している場所へ反陽子を物理的に輸送し、超高精度測定の実現を目指しています。


関係者のコメント


小谷 元子 所長(理研 開拓研究所)

BASE 実験グループは、反陽子の輸送という画期的な実験に成功しました。この成果は、これまで進めてきたバリオン非対称性※の起源解明に向けた大きな一歩と言えます。本共同研究が今後さらに発展していくことを期待しています。

クリスチャン・スモーラ 研究員(BASE-STEPリーダー)

反陽子輸送のためのBASE実験「BASE-STEP」の目的は、反陽子を捕捉し、反物質工場から捕捉装置を切り離して、CERN内の専用施設や、ハインリッヒ・ハイネ大学デュッセルドルフ、ライプニッツ大学ハノーバーなどの精密測定研究施設へ輸送することです。これにより、反物質工場内では達成不可能な極めて高い精度の反陽子の性質測定が可能になります。


◆ 反物質とは


反物質は、通常の物質と触れると対消滅を起こし、質量の200%をエネルギーに転換できるため、最強のエネルギー源として「SF映画のような燃料(宇宙開発)」や「医療・科学研究」に応用可能です。1gで広島原爆を超えるエネルギーを秘める一方、生成・保存が極めて困難で、現在は基礎研究の段階です。


超高効率な燃料(宇宙開発)

物質と反物質が衝突すると、質量がほぼ100%エネルギーに変わるため、少量で莫大な推進力を生み出せます。

従来のロケット燃料に比べて軽量化でき、未来の宇宙旅行(恒星間飛行)を実現する可能性が研究されています。

究極のエネルギー源

理論上、反物質1gで約90兆ジュールのエネルギーを発生できます。これは、現在の原子爆弾(約60兆ジュール)を上回るエネルギーです。

医療・科学研究

PET(陽電子放射断層撮影): 反物質の一種である「陽電子」を利用した、がん診断装置として既に実用化されています。

宇宙の謎の解明: なぜこの宇宙には物質しか残っていないのか(反物質が消えた理由)を解明する研究に使われます。

非破壊検査

物質と結合して消滅する際にガンマ線を発するため、材料の微細な欠陥を検知する技術への応用が期待されています。 

課題:

反物質は1gで1京円以上のコストがかかるとされ、安定して貯蔵・生成する技術はまだありません。




반물질의 트럭 수송에 성공

이화학 연구소(이화학 연구소) 개척 연구소의 스테펀·우르마 주임 연구원(Ulmer 기본적 대칭성 연구실)을 연구 대표자로 하는 유럽 원자핵 연구 기구(CERN)의 국제 공동 연구 그룹 「BASE 실험 그룹」은, 반양자를 가둔 트랩을 트럭에 실어 수송하는 것에 세계에서 처음으로 성공했습니다.실험 그룹은, 가반형의 극저온 페닝트랍에 92개의 반양자를 가두어 이것을 반양자 감속기로부터 떼어내고 트럭에 실어 CERN의 주요 사이트내를 이동한 후, 실험을 실시했는데, 실험을 계속할 수 있었습니다.


이 연구의 최종적인 목표는, 반양자의 생성이 가능한 세계에서 유일한 시설이며, 스위스·제네바에서 프랑스와의 국경에 걸치는 CERN의 「반물질[1]공장」으로부터 반양자를 옮기기 시작해, 독일의 하인릿히·Heine 대학 듀셀돌프 등, 유럽의 멀게 떨어진 연구기관에 수송하는 것입니다.CERN의 반물질 공장의 근처에서는 자장이 요동하고 있어 이것이 반양자의 성질의 초고정밀도 측정을 막고 있습니다.거기서, 자장 환경이 안정되어 있는 장소에 반양자를 물리적으로 수송해, 초고정밀도 측정의 실현을 목표로 하고 있습니다.


관계자의 코멘트


코타니 모토코 소장(이화학 연구소 개척 연구소)

BASE실험 그룹은, 반양자의 수송이라고 하는 획기적인 실험에 성공했습니다.이 성과는, 지금까지 진행해 온 중입자 비대칭성※의 기원 해명을 향한 큰 한 걸음이라고 말할 수 있습니다.본공동 연구가 향후 한층 더 발전해 나가는 것을 기대하고 있습니다.

크리스챤·스모라 연구원(BASE-STEP 리더)

반양자 수송을 위한 BASE 실험 「BASE-STEP」의 목적은, 반양자를 포착해, 반물질 공장으로부터 포착 장치를 떼어내고, CERN내의 전용 시설이나, 하인릿히·Heine 대학 듀셀돌프, 라이프닛트 대학하 노우 바등의 정밀 측정 연구 시설에 수송하는 것입니다.이것에 의해, 반물질 공장내에서는 달성 불가능한 지극히 높은 정도의 반양자의 성질 측정이 가능하게 됩니다.


◆ 반물질이란


반물질은, 통상의 물질과 접하면 대소멸을 일으켜, 질량의200%를 에너지로 전환할 수 있기 위해, 최강의 에너지원으로서 「SF영화와 같은 연료(우주 개발)」나 「의료·과학 연구」에 응용 가능합니다.1 g로 히로시마 원폭을 넘는 에너지를 숨기는 한편, 생성·보존이 지극히 곤란하고, 현재는 기초 연구의 단계입니다.


초고효율인 연료(우주 개발)

물질과 반물질이 충돌하면, 질량이 거의100% 에너지로 바뀌기 위해, 소량으로 막대한 추진력을 낳을 수 있습니다.

종래의 로켓 연료에 비해 경량화할 수 있어미래의 우주여행(항성간 비행)을 실현할 가능성이 연구되고 있습니다.

궁극의 에너지원

이론상, 반물질 1 g로 약 90조줄의 에너지를 발생할 수 있습니다.이것은, 현재의 원자 폭탄( 약 60조줄)을 웃도는 에너지입니다.

의료·과학 연구

PET(양전자 방사 단층촬영): 반물질의 일종인 「양전자」를 이용한, 암진단 장치로서 이미 실용화되고 있습니다.

우주의 수수께끼의 해명: 왜 이 우주에는 물질 밖에 남지 않은 것인지(반물질이 사라진 이유)를 해명하는 연구에 사용됩니다.

비파괴 검사

물질과 결합해 소멸할 때에 감마선을 발하기 위해, 재료의 미세한 결함을 검지하는 기술에의 응용이 기대되고 있습니다.

과제:

반물질은 1 g로 1경원이상의 코스트가 드는으로 여겨져서 안정되어 저장·생성하는 기술은 아직 없습니다.


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