宇宙関連情報： ガンマ線バーストを使って「光速度不変原理」を検証

フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡による成果論文の英科学誌「ネイチャー」への掲載について
－ガンマ線バーストを使って「光速度不変原理」を検証－
http://www.jaxa.jp/press/2009/10/20091029_fermi_j.html

　このたびフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡を用いた超高エネルギーガンマ線バー
ストの観測を通じて、アインシュタインの特殊相対性理論の基盤ともいえる
「光速度不変の原理」が光子のエネルギーによらず高い精度で成り立つことを
検証しました。この成果が10月29日（日本時間）発行の英科学誌「ネイチャー」
（オンライン版）に掲載されました。掲載論文のタイトルは、“A limit on the
variation of the speed of light arising from quantum gravity effects”です。

　宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部（ISAS/JAXA）の大野雅功（おおの
まさのり）研究員をはじめとし、広島大学、東京工業大学らが参加するフェル
ミ・ガンマ線宇宙望遠鏡チームは、2009年5月10日に捉えた、73億光年の彼方
で発生したガンマ線バーストと呼ばれる天体現象を使うことで、アインシュタ
インの相対性理論の基礎である「光速度不変原理」を検証しました。

　現代物理学の2大基礎理論は相対性理論と量子物理学ですが、時間・空間を
記述する理論としてこの両者を統一する理論のうちの一つである量子重力理論
の中には、電磁波（光やガンマ線もその一種）の速度が「光速度不変原理」を
破り、その周波数（エネルギー）に依存する事を予言する枠組みがあります。
理論から予想される速度差はごくわずかですが、73億光年の長旅を経ることに
よって、その速度差は測定可能な到着時間差となって現れることが期待されて
いました。

　今回のガンマ線バーストでは、これまでの最高エネルギーである310億電子
ボルト（これは可視光のおよそ100億倍ものエネルギーに相当します）のガン
マ線（光子）を検出しましたが、低いエネルギーのガンマ線に比べて、理論で
予測された到着時間差を観測することができませんでした。これにより「光速
度不変原理」は史上最高の精度で検証され、光速度不変の破れを予言する量子
重力理論の枠組みに強い制限をかけることに成功しました。今回の結果により、
これまで検証が非常に難しかった量子重力理論に対して、初めて観測事実から
制限を与えられたことから、フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡は天文学だけでな
く素粒子物理学の新しい扉をも開いたと言えるでしょう。


参考論文
“A limit on the variation of the speed of light arising from quantum
gravity effects”（量子重力効果による光速の変化に対する制限）

論文責任者：
大野 雅功（おおの まさのり：ISAS/JAXA）,
Jonathan Granot（ジョナサン グラノー：イギリス, ハートフォードシャー
　　　　　　　　 大学）,
Sylvain Guiriec（シルヴァン ギリエック：アメリカ, アラバマ大）,
Veronique Pelassa（ヴェロニカ ペレッサ：フランス, CNRS/IN2P3/LPTA）
ネイチャー誌に掲載（オンライン版10.1038/nature08574）

日本人著者
JAXA：大野雅功 高橋忠幸 尾崎正伸
広島大学：大杉節 深沢泰司 水野恒史 山崎了 片桐秀明 高橋弘充 上原岳士
　　　　　花畑義隆
東京工業大学：河合誠之 浅野勝晃 中森健之
早稲田大学：片岡淳
SLAC国立加速器研究所：釜江常好 田島宏康 内山泰伸 田中孝明 林田将明
ペンシルバニア州立大学：当真賢二

日本フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡 web page
http://www-heaf.hepl.hiroshima-u.ac.jp/glast/glast-j.html

ISAS/JAXA の web page
http://www.astro.isas.jaxa.jp/news/article/2009/1029/index.html


光速度不変の原理とガンマ線バースト
フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡によるガンマ線バースト観測
GRB 090510の発見と光速度不変原理の検証
http://www.jaxa.jp/press/2009/10/20091029_fermi_j.html#ref

出典：　JAXAプレスリリース配信サービス

科学的思考法 Ver.2 （２）

２．壁を乗り越える技術：　仮説を立てて次の足場を見出す

数少ない足場と思える事実からもう一歩踏み出すためには、新しい環境条件を仮説として導入する。この段階では仮説が事実であるかどうかはわからない。仮に事実であったとして、そこからどういう結果が導かれるかを演繹的に考えてみる。頭をうんと働かせて、出来るだけ多くの結論を導いた方が良い。

次はそこで導かれた結果が現実の現象の中で見出されるかどうかを実験して確かめてみることだ。確認できれば、仮説は事実となり、足場がもう一箇所増える。しかし、よくあることだが、実際にやってみると予想に反する結果となることが多いものだ。こういう時は、精神的に落ち込む必要はなく、「仮説のような事実は存在しないことを確認した」と客観的に考えるべきである。落ち込むのは感情に流された非理性的な行為であり、対象とする現象と自分との関係をもう一段階高い視点から見下ろすような、“もうひとつの目”を持つことが重要である。

精神力が十分でない段階では（アマチュアの段階では）、目の前に飛来するインスピレーションに飛びつく傾向が多いものだが、理性的に状況判断した上で使い切ることができなければ、単に混乱するだけなので注意が必要だ。（もっとも、アマチュアは自分が混乱している事実にすら気づかない場合が多いようだが。）