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アクシオン英語: axion)、あるいはアキシオンとは、素粒子物理学において、 標準模型の未解決問題のひとつである強いCP問題を解決するとしてその存在が期待されている仮説上の未発見の素粒子である。 暗黒物質の候補の一つでもある。

アクシオン
組成 素粒子
相互作用 電磁相互作用
重力相互作用
発見 未発見
電荷 0
スピン 0
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概要編集

標準模型にはCP対称性を破る位相パラメーターが2つ存在する。 一つはCKM行列の位相であり、もうひとつは量子色力学の位相である。 CKM行列の位相はベル実験を始めとするB中間子崩壊の精密測定によって測られており、CKM行列はCP対称性を大きく破っていることが知られている。 一方、量子色力学におけるCP対称性の破れは中性子電気双極子などを通して観測できるが、量子色力学では極めて高い精度でCP対称性が成立していることが分かってきた。 この両者の違いは標準模型の破綻を必ずしも意味しないが、何らかの説明を必要とする不自然なものであると考えられた。 この問題は強いCP問題英語版と呼ばれている。

アクシオンは強いCP問題の解決策の一つとして提唱された未発見の粒子である。 アクシオンはペッチェイ・クイン対称性英語版自発的対称性の破れに伴って出現する(擬)南部・ゴールドストーン粒子である。 ペッチェイ・クイン対称性は量子色力学に対してアノマリーを持ち、この性質によりアクシオンは量子色力学の位相を動的に吸収することが可能となっている。 様々な実験や観測を考慮した結果、アクシオンの質量は電子の約1億分の1以下という非常に微小なものだと考えられている。

アクシオンは強い磁場の中でに変わると予測されており、この性質を利用して検出が世界各国で試みられている。たとえば東京大学のグループは、太陽から飛来するアクシオンを強磁場を印加してX線に変換し検出する試みを行っている。暗黒物質の候補にもあげられているため、京都グループはリドベルグ原子を用いて検出する独自のアイディアにより探索を続けている。アメリカのグループは、超伝導磁石を用いた強磁場の元で暗黒物質のアクシオンが電磁波に変換して検出を試みる最先端にいる。最近では素粒子実験物理学のメッカであるヨーロッパのCERNにおいても、太陽から飛来するアクシオンを大変高い感度で検出を試みる実験が進められている。

2019年、京都大学東北大学の研究グループは、原始惑星系円盤の観測によるアクシオンの探査法とその研究結果について発表した[1][2][3]。原始惑星系円盤は同心円状の偏光パターンを持っており、アクシオンが存在すれば偏光パターンに渦巻き状の乱れが生じるとされる[1][2]。研究グループはすばる望遠鏡の取得した原始惑星系円盤の観測データを用いて分析を試みたが、偏光パターンの乱れは見つからなかった。この研究により、アクシオンが光に与える影響度合いを示す「結合定数」の上限値を、これまでの研究の10倍以上小さく更新することに成功した[1]

外部リンク編集

脚注編集

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出典編集

  1. ^ a b c “暗黒物質の正体に迫る新しい探査法を提唱 -原始惑星系円盤の偏光パターンからアクシオンを探索-” (プレスリリース), 京都大学, (2019年6月6日), http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2019/190514_2.html 
  2. ^ a b “惑星形成の現場を見れば暗黒物質の正体に迫れる 暗黒物質の新しい探査法を提唱” (プレスリリース), 東北大学, (2019年6月4日), https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/06/press-20190603-axion.html 
  3. ^ Fujita, Tomohiro; Tazaki, Ryo; Toma, Kenji (2019). “Hunting Axion Dark Matter with Protoplanetary Disk Polarimetry”. Physical Review Letters 122 (19). doi:10.1103/PhysRevLett.122.191101. ISSN 0031-9007.