深宇宙からのロマンス！ 「Lasso」と超高エネルギー光子の詳細が明らかに

西暦1054年、北宋の時代の天文学者が宇宙で最も衝撃的な光景、超新星の爆発を目撃しました。それからほぼ千年後の2021年5月17日、国家の主要科学技術インフラである高高度宇宙線観測所（LHAASO）が、1兆4000億電子ボルト（1.4 PeV）のガンマ光子を記録しました。これは、これまで人類が観測した最高エネルギーの光子です。

人類は初めて、はくちょう座領域で1000兆電子ボルトを超えるエネルギーを持つガンマ光子を発見した（写真提供：中国科学院高エネルギー物理研究所）

宇宙線は宇宙からやってくる高エネルギー粒子の流れであり、その起源は最先端の科学的問題です。これまでの観測では、天の川銀河内に宇宙線を1PeV以上に加速できる天体は発見されていない。

彼はまた、「Lasso」の主任科学者であり、中国科学院高エネルギー物理研究所の研究員である曹振氏と、超高エネルギー光子と「Lasso」に関する多くの詳細を共有した。

2021年8月の「ラソ」航空写真（中国科学院高エネルギー物理研究所提供）

超高エネルギー光子とハイテク美容技術「フォトリジュビネーション」における「光子」は同じ種類のものですか？

曹振：この 2 種類の光子は本質的には同じですが、皮膚に照射するために使用される光子は実際にはエネルギーが非常に低いのに対し、私たちが発見したのは超高エネルギーの光子です。

たとえば、可視光は比較的エネルギーの低い光子です。このような光子を使用して皮膚を照射しても、害は発生しない可能性があります。しかし、エネルギーが少しでも高くなると可視光線が紫外線となり、肌にダメージを与えてしまいます。したがって、高エネルギーの光子を使用して皮膚を照射すると、皮膚の若返りは起こらず、損傷を引き起こします。

また、私たちが発見した超高エネルギー光子が皮膚に当たっても、全く反応しませんが、高エネルギー光子が大量に皮膚に当たり続けると、耐えられなくなります。

これらの超高エネルギー光子はどこから来るのでしょうか?

曹振：私たちがネイチャー誌に発表した記事では、実際に12方向で観測された源について報告しました。これらは基本的に天の川銀河内に均等に分布していると判断しました。つまり、超高エネルギー光子源が天の川銀河のほぼどこにでも出現する確率は等しいということです。したがって、超高エネルギー光子は天の川銀河のいたるところに存在すると考えられます。

しかし、これらの光子のうち、最も高いエネルギーを持つものは白鳥座の方向から来ます。

科学者は、最もエネルギーの高い光子が白鳥座から来ていることをどうやって知るのでしょうか?

曹真：「投げ縄」は空から常に信号を受信して​​います。信号の一部は光子であり、一部は宇宙線粒子です。私たちは宇宙線の現象を記録し、超高エネルギー光子を選択する方法を見つけます。

これらの光子と宇宙線の最大の違いは、光子は特定の方向からやって来て、飛行中に磁場によって偏向されないことです。

これらの光子を取り出した後、その方向を天体座標系と一致させると、その光子が白鳥座から来たことがわかります。

北アメリカの白鳥座にある星雲。

画像出典: Tuchong Creative

「三体問題」では、光子はエイリアンの比較的低性能な武器の 1 つであると言及されています。では、科学者が見た超高エネルギー光子は、地球に向けてエイリアンが発射した兵器である可能性はあるのでしょうか?

曹振：まず、高エネルギーの光子を人工的に生成するのは非常に困難です。

私たちが現在記録しているさまざまなエネルギーの光子のうち、より高いエネルギーの光子の数が少ないことがわかりました。

どれくらい少ないですか?エネルギーがおよそ 10 倍増加するごとに、光子の数は 1,000 分の 1 に減少します。これは、高エネルギー粒子を生成するには、低エネルギー粒子を生成するよりもはるかに多くの労力が必要であることを示しています。さらに、地球には非常に優れた保護層である大気があります。低高度の大気は、これらすべての粒子を吸収できるほど厚いです。

したがって、もし私たちがそのような高エネルギー粒子を生成して私たちを攻撃するのであれば、実際には必要なことよりも面倒なことになるでしょう。

この種の光子を地球を攻撃するための武器として使うというのは非常に愚かな考えであり、彼ら（エイリアン）は決してそんなことはしないでしょう。

この超高エネルギー光子には異常な情報が含まれているのでしょうか？科学者たちはなぜこの種の光子を探しているのでしょうか?

曹震：今、私たちが最も困惑しているのは、それがどのようにして起こったかということです。

たとえば、地球上には多くの大型加速器が建設されているため、欧州原子核研究機構は粒子を加速するための長さ 27 キロメートルのパイプラインを建設しました。加速できる最高エネルギーは、私たちが目にする超高エネルギー光子のエネルギーのわずか10万分の1程度です。

人類はこのような巨大な加速器を建造しましたが、粒子にさらにエネルギーを加えることはできません。では、宇宙から飛来するこの超高エネルギー光子はどのようにしてこのような高エネルギーに加速されるのでしょうか?

もちろん、私たちは現在、それがエイリアンの兵器ではなく自然現象であると信じる傾向にあります。そこで私たちは、自然界の超高エネルギー加速器がどのように機能するかを理解するために、さまざまなモデルを構築しました。

なぜ「ラソ」は光を追いかけて高度4,410メートルまで走らなければならなかったのでしょうか？

曹振：大気は人間にとって非常に重要な保護層です。高エネルギー粒子による攻撃から私たちを守ることができます。

一方、これは観測にとって非常に不利なので、検出器を非常に高い場所に設置する必要があります。

画像出典: Tuchong Creative

「Lazo」を一般公開することは可能ですか？

曹真：もちろんです。この場所は徐々に一般に公開される科学普及拠点となり、皆様の訪問を歓迎いたします。

また、「ラソ」の全景を眺めることができる展望台も計画しています。

もし一般の方が「Laso」に本当に興味をお持ちであれば、私たちに連絡して、さらに深く調べることもできます。検出器の隣には科学入門書があります。

「Lasso」チームの規模はどれくらいですか?

曹振：建設期間中、協力ユニットは10数個、人員は約100名で、若い大学院生が非常に重要な主力でした。

検出器を製作し設置することで、検出器がどのように動作するかを理解することができます。将来のデータ分析では、検出器のどの側面がデータ分析にどのような影響を与えるかを理解することもできます。

また、275人からなる科学協力グループも設立しました。彼らは6カ国から来ており、ほとんどが中国の科学者です。このチームもかなり若いチームです。もちろん、最も効果的な仕事をし、最も速い結果を生み出しているのは、これらの若者たちです。

建設期間中、若者たちが大きな貢献をしました。私たちは最大で7、8か月間山に滞在します。私の同僚の中に、恋をするとよくトラブルに遭遇する若い人がいます。彼が山に登ると、ガールフレンドは彼と「別れる」ことになる。しかし、任務が来ると、彼はやはり出かけました。

ラッソは今何をしているのでしょうか？若い人たちに何かアドバイスはありますか？

曹振：「ケーブル」が建設されたので、若者は長い間山で働く必要がなくなりました。検出器のメンテナンスのために時々山に登るだけで済みます。

現在、私たちのより重要な仕事は、データ分析を行い、科学的な成果を生み出すことに集中することです。

若者にとって、勇気を出して考え、落ち着いて行動できる限り、「Laso」は必ずチャンスを与えてくれるでしょう。

さらに読む：「ラソ」の過去と現在

「ラソ」は四川省甘孜州稲城県海子山の標高4,410メートルに位置する国家の重要な科学技術インフラです。

これは「第12次5カ年計画」期間中に開始された国家の主要な科学技術インフラプロジェクトです。それはまた、「地球外からの訪問者」である宇宙線粒子を捕らえるための魔法の武器でもあります。これはまた、「新世紀における科学研究の100年にわたる謎」を解明するのにも役立つだろう。

宇宙線粒子は宇宙からやってくる高エネルギー粒子です。高エネルギー粒子は大気圏に保護されているため、大気圏を通過する際にエネルギーの大部分が吸収されます。これが、人間が宇宙線粒子の到来を感じることができない理由です。

感じられないけれど、とても大切なこと。宇宙線粒子は宇宙からの唯一の物質サンプルです。それらは天体の進化と初期宇宙の謎を秘めています。学術界では、これらは「宇宙の重大な出来事」の伝令であり、「宇宙の加速器」を発見するための探査機であると考えられている。

人類が宇宙線高エネルギー粒子の研究を始めてから100年以上が経ち、この間に5人のノーベル賞受賞者が誕生しましたが、人類は宇宙線高エネルギー粒子の起源や加速メカニズムを解明できていません。アメリカの国立科学技術会議は、これを「新世紀科学研究の11世紀の謎」の1つとして挙げています。

2008年、中国の科学者たちは「LaCe」の建設に関する予備研究を開始した。中国の高地での広範囲にわたる敷地選定と現地調査を経て、平均標高4,410メートルの稲城県海子山が天文台の建設地に決定した。

総合情報源：新華網、中国科学日報、科技日報など。