身体のほとんどは「ハドロン」でできている。って何それ！？

2026年のノーベル物理学賞は、アイスキューブ南極点ニュートリノ天文台の国際プロジェクトのリーダー、フランシス・ハルツェンさんに与えられることになりました。そして国際プロジェクトには、日本の千葉大学の「ハドロン宇宙国際研究センター」が参加しているってな話を前回しました。

そこで疑問、ん？　「ニュートリノ」センターじゃなくて、「ハドロン」なの？　それって何、おいしいの？　というのが今回のお話でございます。結論からいうとおいしいハドロンの塊もあります。

科学実験というと、まあ理科室のテーブルの上で、ビーカーとフラスコでというイメージがございますな。白衣＋フラスコってのが科学者のイメージアイコンによくでてくる感じです。

が、一方で、巨大な実験装置も昔からあります。たとえば14世紀に完成したイタリアの高さ50mあまりのピサの斜塔は、ガリレオが落下の実験をしたことで有名(後世の伝説と考えられており、実際に斜塔から落とした確実な証拠はない)ですが、かなり巨大な実験装置といえますな。

19世紀のパリのパンテオン神殿にはフーコーが長さ67mの振り子を吊るして地球の自転の証明実験をしております。20世紀になると加速器という巨大な実験装置が稼働するようになります。World Wide Web(WWW)の故郷でもあるスイスのジュネーブ近郊にあるCERN(欧州原子核研究機構)の「LEP(大型電子陽電子衝突型加速器)」は円周が27kmで、一部はフランス領にもはみ出して設置されていました。ここでは日々電子と陽電子を光速近くまで加速していました。21世紀に入るとLEPは役目を終え、同じ27kmのトンネルを利用して陽子衝突型加速器「LHC」が建設されました。ちなみに27kmというのは山手線一周の34kmの8割ほどで、実験装置が「地図にのる」レベルでございます。ちなみに日本でも、つくば市にある高エネルギー加速器研究機構(KEK)の周長3km級の「SuperKEKB」をはじめ、数km規模の加速器がいくつも稼働しています。ほかに大きいのというと長さ数kmの重力波望遠鏡の「LIGO」や日本の「KAGRA」になりますね。

ということで、前回ご紹介したアイスキューブの1立方kmもたいがいではありますが、まぁでかい実験はいろいろやられているのでございます。そしてアイスキューブのチームで最も重要なセンサーの開発をしているのが、日本の千葉大学の「ハドロン宇宙国際センター」なのでございます。ちなみにスイスのCERNのLHCも「Large Hadron Collider」で、さっきは陽子衝突型加速器と訳しましたが、大型ハドロン衝突器が直訳ですな。

そこで疑問、ハドロンってなんなの？　ということでございますな。実は東明は某大学の非常勤講師でもあるのですが、その大学にもハドロン研究室というがあって、前を通ることもございます。結構理学部・物理ではフツーの言葉なのでございます。

ところが、ニュートリノはちょいちょい日常生活でも耳にすることがある(のか？)に対し、ハドロンはまああんまりでてきません。それはなぜでしょうか。

たとえば「貴重だから」という考え方もあります。113番元素のニホニウムは日本の理化学研究所で3個しか生成に成功していないほど貴重なものです。そういう物理学も世の中にはあるわけです。

ところがですね。ハドロンは身の回りの世界を作っており、私たちの身体の体重の99.9％以上をしめています。身体はほぼハドロン製であるといって差し支えありません。

じゃあハドロンって何なのよ？　というと、陽子、中性子などのバリオンと、π中間子、k中間子などのメソンなどの総称です。うわー、わからんものを説明するのにわからん言葉がでてきましたね。いやまあ落ち着いてください。わからんものを一つにします。

世の中にあるものは、様々な素粒子でできているのですが、原子核を作る陽子や中性子はクォークという基本粒子でできており、π中間子やk中間子もクォークでできています。

つまりハドロンはクォークでできているのでございます。ちなみにクォークは6種類あることがわかっています。アップ、ダウン、チャーム、ストレンジ、ボトム、トップと名付けられていますが、まあこの辺は興味が向いたら覚えたらよいのであって、とりあえずクォークだけ覚えておいてください。

ただ身近なもので、クォークでできていないものがあります。まず、電子です。電子はクォークと同じ基本粒子で、クォークとは別ものなのです。他にニュートリノも基本粒子で、これらはまとめてレプトンと言っています。

さらに、粒子どうしの力を伝える光子(電磁気力)、グルーオン(強い力)、W粒子やZ粒子(弱い力)などがあり、これらはゲージ粒子と呼ばれます。

つまり現在の理解では、世の中の物質は主にクォークとレプトンからできており、それらの間でゲージ粒子が力を伝えているのです。

そしてクォークの単体あるいは組み合わせでできているのが、ハドロンなんですね。

ハドロンを知りたいというのは、つまりは物質って何？　というのを知りたいということです。でもニュートリノはハドロンではありません。レプトンです。宇宙には高エネルギー宇宙線という、滅茶苦茶エネルギーが大きいハドロン(だいたいは陽子)があるのですが、これがどこからどうやってきたのかは、わかりません。長い旅をしている間に、進行方向が滅茶苦茶に変わるからです。

一方で、ニュートリノは幽霊素粒子といわれるように、他の物質とほぼ反応せずに宇宙を直線的に突っ走るります。高エネルギー現象ではニュートリノが発生することが多いので、ニュートリノの観測をすることで、高エネルギー宇宙線の出自などを調べようというのです。つまり、ハドロンを調べるのにレプトンを観測する。ということで千葉大学のセンター名は納得できるものでございます。私たちの身体の(体重の)ほぼほぼ全部のハドロン(あとはレプトンの電子)。それはちゃんと知りたいですよねーということでございます。

はあはあ。どうでしょうか。

ということで次回は打ち上げが成功したMMXについて語りますね。