読書メモ（ワープする宇宙：第5回目）

カルツァ・クライン粒子

CERNの大型ハドロン加速器（LHC）で余剰次元の痕跡を探すための実験が計画されている。ブレーンワールドが予測する余剰次元を伴う素粒子の検出である。この素粒子はカルツァ・クライン粒子（KK粒子）と呼ばれている。

通常の素粒子と余剰次元を伴う素粒子との違いは、余剰次元空間での運動は我々の住んでいる4次元（3次元＋時間）から見ると素粒子の質量の増加として現れると予想されている。ちょうど量子井戸のエネルギー準位が階段状に増えるのと同じである。私たちのいるウィークブレーン上の質量は最大でもウィークスケール、つまり１TeVと考えられているので、加速器でそれ以上のエネルギーまで作り出した場合には、余剰空間へのエネルギー移行が起こり、5番目の空間に存在するグラビトンとの相互作用など、時空構造を調べる上で興味深い現象が現れることが期待されている。


カルツァ・クライン粒子（KK粒子）

粒子衝突実験でKK粒子が生成されたとしても、通常の物質とは弱くしか相互作用しないため検出されない。しかし、検出器はグルーオン（素粒子）を取り巻くジェットを検出することができるので、グラビトンのKKパートナーそのものは見つからなくても、それを生み出した事象は記録されることになる。この事象が余剰次元にあることを特定するカギは、目に見えないKK粒子がエネルギーを持ち去りながら余剰次元に出て行くので、エネルギーが失われたように見えることだ。放出されたグルーオンのエネルギーが衝突に入ったときのエネルギーよりも低くなっているジェットの事象を調べれば、KK粒子の生成を推定できるのである。


KK粒子の生成

「ワープする宇宙」では比較的単純な「４次元＋1個の余剰次元」という宇宙モデルであるが、実際はどうかわかならい。余剰次元の大きさや形状などは最終的には実験で確認すことになるだろう。著者のランドール氏は「私たちの知らないことはまだまだたくさんある。だが、まもなく宇宙はこじあけられようとしている。・・・・・・宇宙の神秘が明かされようとしている。少なくとも私は、それが待ちきれない。」と結んでいる。