ヒッグス粒子が宇宙の謎を解くカギ

『小さな宇宙をつくる』より

何かそんなにすごいの？

　「ヒッグスらしき粒子発見」の発表は、瞬く間に世界中に伝わりました。これは本当に世紀の大発見です。50年かけてようやく見つけたのもさることながら、ヒッグス粒子が本当に存在していたとほぼ考えられることで、謎に包まれていた宇宙のしくみがひとつ明らかになったのです。この発見は、単に新しい素粒子が見つかったことにとどまらず、なぜ宇宙が今の姿になったのかという疑問に答えてくれるものかもしれません。

　質量は素粒子が生まれたときからもっていたものではなく、ヒッグス場によって後から与えられたものだった。

　この暴かれたしくみは、大変驚くべきことです。最初から質量をもっていれば、その素粒子の性質だという話で終わるのですが、後天的に与えられたものだとすると、素粒子の性質が変化したことになります。つまり、ヒッグス場が他の素粒子の性質を変えてしまったのです。

　これで、ヒッグス場は素粒子に質量を与えるという役割がはっきりわかりました。質量がゼロの素粒子は動きにくさもゼロ。そのため止まっていることができず、光の速さでビュンビュン飛び回ることを意味します。

　アインシュタインの「相対性理論」によると、この宇宙では光よりも速く移動できるものはありません。ここで重要なのは、質量がゼロかいなか。素粒子の世界では、光の速さというのは特別な状態です。ちょっとでも質量があるものは光の速さに限りなく近づいたとしても、光の速さに到達することは絶対にできないのです。

　同じ宇宙に存在しても、素粒子が光の速さかいなかで見える景色がまったく違ったものになりますので、物理学者はこの２つの状態を明確に区別しています。

ヒッグス粒子が宇宙の謎を解くカギ

　ヒッグスらしき粒子の発見で、宇宙には素粒子の性質を変化させるしくみが本当にあることがわかりました。ヒッグス粒子は、宇宙の謎を解く手がかりとして、とても重要な役割を担っています。ヒッグス粒子が本当に存在していたと確認できたことは、物理学者のこれまでの研究の方向が間違っていなかったことを示していますし、その先にある新たな謎を解くスタートにもなるのです。

　今、新たな謎といいましたが、ヒッグス粒子が見つかっても、宇宙の謎がすべて解明できたわけではありません。まだまだわからないことだらけです。

　たとえば、ものをつくるグループの素粒子はすべて質量をもっていますが、その大きさはバラバラです。「ミューオン」は「電子」の212倍の質量がありますし、「タウ」に関しては3554倍にもなります。それぞれの質量はヒッグス場がもたらしているので、質量が大きいほどヒッグス粒子を感じやすくなっています。

　問題は、ここです。では、どうしてミューオンは電子の212倍、タウは3554倍もヒッグス粒子を感じやすくなっているのでしょうか。

　ヒッグス粒子が電子、ミューオン、タウの３つの粒子を区別していなかったら、すべて同じ質量になるはず。ところが、この３つの粒子の質量は大きく違います。ということは、ヒッグス粒子は、何らかの理由でこの３つを区別していることになります。ヒッグス粒子が電子とミューオンとタウを区別している理由やしくみは何なのでしょうか。その謎はまだわかっていません。

　ヒッグス粒子はよく「神の粒子」とたとえられています。これは、ヒッグス粒子にはそれだけ重要な役割があるという意味と同時に、私たちがまだ、ヒッグス粒子のこうした秘密を解き明かせていないことを示しています。今のままだとヒッグス粒子がまるで神のように、電子を軽くして、タウを重くしようと決めているようにしか見えないのです。物理学者たちは何とかその理由を説明できるように、これから研究を進めていく予定です。

私たちがこの世界に存在できるわけ

　これまで、ヒッグス粒子が質量の起源といわれる理由についてお話ししてきました。質量とはつまり、止まっていられるという性質。質量があるから、私たちは今この場所に止まっていられるのです。こうしてじっと座って本を読んだり、友だちとお話ししたり、ご飯を食べたりできるのも、すべて質量があるおかげ。そもそも私たちがこの世界に存在できるのは、ヒッグス粒子のような質量を与えるしくみがあるからです。

　もし、ヒッグス粒子が存在しなかったら、ものをつくる素粒子はどれも質量がもてなくなってしまいます。「ただものが軽くなるだけ？」「体重の心配をしなくていいじゃない」なんて悠長なことはいってられません。質量がないと、素粒子は光の速さであちこちにビュンビュン飛び回ってしまいますので、ひとつの場所にとどまってものをつくることができなくなります。

　素粒子が集まらなければ原子はできないし、太陽や地球も生まれません。もちろん、私たち人間も存在しなかったでしょう。質量を与えるしくみがあるから、この宇宙にたくさんの星がつくられ、人類は地球に生まれてくることができたのです。

　現在、私たちはハワイにある日本の「すばる望遠鏡」やアメリカの「ハッブル宇宙望遠鏡」などを使って、はるか遠くで輝く天体を見ることができます。

　素粒子に質量があってものをつくることができるからこそ、宇宙にはたくさんの星が誕生しました。そのしくみが存在しなかったら、ひとつの星も生まれずに宇宙はただ真っ暗な空間が広がっているだけの、味気ないものだったでしょう。そう考えると、このバラエティに富んだ世界をつくるために、ヒッグス場が存在しているといってもよいかもしれません。

　今はやっとヒッグス粒子が見つかった段階なので、これからヒッグス場がどんな性質をもっているのか、そして、どのように質量を生み出しているのかを詳しく調べていきます。そのために、ヒッグス粒子をつくり出す加速器の性能を上げたり、新しい加速器を建設する計画が考えられているのです。