反物質について
こんにちは。CGクリエイターで小説家の榊正宗です。
13年前くらいに作ったロボット？のでデザインが出てきました。
残念ながら、このロボットが出てくる作品は完成させられませんでした。有機生命体っぽいロボットもののCGアニメ作りたいなぁ。
さて、昨日は無重力について調べましたが、今日もちょっとSF的なというか、科学の話題について調べてみたいと思います。
反物質という言葉を聞いたことがありますでしょうか？ 実はわたしも聞いたことはある程度で、反物質というのが何なのかちゃんと理解出来ていませんでした。（まあ、そもそも簡単に理解できるとは思えませんが）今日は、反物質について可能な限り調べてみたいと思います。
🔳反物質とはなにか？
物質の最小単位は素粒子で粒子と反粒子が対として存在しているそうです。粒子と反粒子はプラスとマイナスの関係で打ち消し合って消滅します。宇宙に存在するほとんどのものは「物質」でできています。反粒子によって構成されたものは、「反物質」と呼ばれます。
1932年に宇宙線の研究をしていた物理学者のアンダーソンによりその存在が発見されました。
🔳反物質の性質
物質と衝突すると対消滅を起こし、物質の質量がエネルギーとなって放出されるものを反物質と言います。対消滅後は、質量に相当するエネルギーに変換された事になります。
しかし、宇宙には物質だけが存在しており、反物質はほとんど存在しません。（存在してたら消滅します）
🔳反物質はなぜほとんど存在しないのか？
現在の宇宙には反物質がほとんど存在しません。しかし、よく考えると宇宙の初期に物質 と反物質は対消滅して崩壊したはずなので、そもそも物質も存在しないはずです。
ところが、その対消滅が完全に対ではなかったそうです。
対消滅による崩壊率が少し違うことを「CP対称性の破れ」と言うそうです。対になって消えていくわけですから、どこかで相手がいなくなれば、片方だけ残るというわけです。それが、現在の宇宙というわけです。
現在、粒子加速器という装置を使って反粒子を作り出し、実際に対消滅を観測することが出来ます。「CP対称性の破れ」が本当にあるのか観測することで宇宙の存在理由が分かるわけですね。
🔳粒子加速器
高いエネルギーの粒子を衝突させると、新しい粒子ができるそうです。これって、エネルギーが質量に変わったということなので、物質と反物質の衝突と逆のことが起きています。この衝突を人工的に起こすための装置が、粒子加速器です。宇宙にはほぼ存在しない反物質の元となる反粒子を作ることで、なんで反物質がなくなったか実験できるわけですね。「CP対称性の破れ」なんかを実際に観測できれば、いまの宇宙の成り立ちが分かるわけです。
↑CERNがつくってるあたらしい加速器は円周約100km、総工費3兆円だとか。
周回する粒子には、シンクロトロン放射という現象が起きて、素粒子の加速はエネルギーを失うそうです。そのため半径が大きいほうが効率が良いということなんだそうです。
🔳雷から反物質が生成される？
↑この図を見てもなんのことやらさっぱり分かりませんが、雷が天然の加速器として機能して、反物質が作られていることが分かってきたそうです。
宇宙にはほとんど存在しないと言われていた反物質ですが、粒子レベルだと身近に存在していたんですね。といっても、作られてすぐに対消滅して、ガンマ線になっていると考えられています。
残った物質と同量の反物質が存在していたら宇宙消滅の危機ですが、エネルギーが粒子と反粒子に別れて、対消滅する場合は、単にその場でプラスマイナスゼロになってるだけなので、宇宙が消滅したりしないわけです。
🔳反物質エンジンによる宇宙船
SFには反物質を使ったロケットが度々出てきます。
反物質の対消滅で得られるエネルギーを使えば、水素反応の1000倍と言われるエネルギーを取り出せるので、恒星間宇宙旅行も夢ではないような気がします。ですが、CERNですら、巨大な加速器でナノ単位の少量の反物質をつくるのがやっとです。しかも、それは反応すると対消滅するので、長時間保存が出来ません。
ですが、NASAは大真面目に反物質エンジンを研究しているらしく、NASAによるとごく少量の反物質でも、今のロケットより大幅に高性能化できる可能性があるそうです。
まだまだ課題は山積みですが、実現できれば、夢のある話ですね。
🔳反物質兵器
映画「天使と悪魔」では、「CERNから反物質を盗み出し、大量破壊兵器にする」という可能性が示唆されます。もちろんフィクションの話であって、実際には反物質を盗み出そうにも、観測後にすぐに対消滅しているので保存されていません。
仮に反物質を閉じ込めるのに成功して大量破壊兵器がつくれたとしても、威力が強すぎて、地球上で使うのは無理ではないかという話もあります。地球に落下してくる隕石を破壊したり軌道をそらす目的であれば、有効ではないかという人もいるようです。
どっちにしても、ナノ単位でしか作れず、やっと生成できても、保存が一瞬しか出来ない現在の技術では、反物質は観測するのが精一杯だということです。現在、CERNが反水素を最長24時間まで閉じ込める方法を発見したというのが最新の情報のようです。
世界の最先端でも、24時間だけ実験用途に観測する猶予ができたというレベルだということですね。
人類が研究目的の観測以外で反物質のエネルギーを利用できるようになるのは、ずっと未来になりそうです。
今日もちょっと難しい話題になりましたが、反物質とは何か、分かる限り調べてみました。もし、なにかの参考になりましたらポチッと💗マークお願いします！
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