What’s the smallest thing in the universe? - Jonathan Butterworth

翻訳: Masako Kigami 校正: Tomoyuki Suzuki

If you were to take any everyday object, say a coffee cup, and break it in half,

コーヒーカップなどの日常品を手にして 半分に割り

then in half again, and keep carrying on, where would you end up?

またその半分に割ることを続けていくと どこで終わるのでしょうか？

Could you keep on going forever?

際限なく続けられるのでしょうか？

Or would you find a set of indivisible building blocks

あるいは 万物を構成している 分割不能な基本的要素を

out of which everything is made?

見つけることになるのでしょうか？

Physicists have found the latter- that matter is made of fundamental particles,

物理学者は後者 ― 物質は素粒子という基本粒子から

できていることを発見しました これは宇宙で最も小さな粒子です

the smallest things in the universe.

Particles interact with each other according to a theory called the “Standard Model”.

素粒子は「標準模型」理論に従って 相互作用します

The Standard Model is a remarkably elegant encapsulation

標準模型はこれ以上分けられない 極小粒子の奇妙な量子の世界を

of the strange quantum world of indivisible, infinitely small particles.

とても簡潔、包括的に説明しています

It also covers the forces that govern how particles move,

私たちの周りの世界を形作る 粒子の動き、相互作用や

interact, and bind together to give shape to the world around us.

結合の仕方を司る力についても 説明しています

So how does it work?

その仕組みは？

Zooming in on the fragments of the cup,

コーヒーカップの断片を拡大すると

we see molecules, made of atoms bound up together.

原子が結合してできた分子が見えます

A molecule is the smallest unit of any chemical compound.

分子は化学物質の最小の単位で

An atom is the smallest unit of any element in the periodic table.

原子は元素周期表の上での 最小の単位です

But the atom is not the smallest unit of matter.

しかし 原子は物質の 最小の単位ではありません

Experiments found that each atom has a tiny, dense nucleus,

実験によって各原子は 非常に小さな密集した原子核の周りを

surrounded by a cloud of even tinier electrons.

さらに小さな電子雲が 囲んでいることが分かりました

The electron is, as far as we know,

知られている限り

電子はこれ以上分けられない基本的な 宇宙の基本的要素の１つで

one of the fundamental, indivisible building blocks of the universe.

It was the first Standard Model particle ever discovered.

標準模型の素粒子の中では 最初に発見されました

Electrons are bound to an atom’s nucleus by electromagnetism.

電子は電磁気により 原子核に束縛されます

They attract each other by exchanging particles called photons,

光子という素粒子を交換することで 互いを引き付けます

which are quanta of light that carry the electromagnetic force,

光子とは電磁力を媒介する光の量子で

one of the fundamental forces of the Standard Model.

標準模型の基本的な力の１つです

The nucleus has more secrets to reveal, as it contains protons and neutrons.

原子核は陽子と中性子を含んでいるので さらに解明すべき謎があります

Though once thought to be fundamental particles on their own, in 1968

1968年に これらは基本的な粒子であると 一旦は見なされましたが

physicists found that protons and neutrons are actually made of quarks,

物理学者は陽子と中性子も 実際にはそれ以上分割できない ―

クォークでできていることを 発見しました

which are indivisible.

A proton contains two “up” quarks and one “down” quark.

陽子はアップクォーク２個と ダウンクォーク１個からなり

A neutron contains two down quarks and one up.

中性子はダウンクォーク２個と アップクォーク１個からなっています

The nucleus is held together by the strong force,

原子核は「強い力」によって 結合しています

another fundamental force of the Standard Model.

これは標準模型の別の基本的な力です

Just as photons carry the electromagnetic force,

光子が電磁力を媒介するのと同様に

particles called gluons carry the strong force.

グルーオンという素粒子は 強い力を媒介します

Electrons, together with up and down quarks,

電子と 加えてアップクォークと ダウンクォークがあれば

seem to be all we need to build atoms and therefore describe normal matter.

原子を作るのに つまり 通常の物質を 説明するのには 十分に思えますが

However, high energy experiments reveal that there are actually six quarks–

高エネルギー実験により 実際は６種類のクォーク すなわち

down & up, strange & charm, and bottom & top

ダウン＆アップ、ストレンジ＆チャーム ボトム＆トップがあることと

- and they come in a wide range of masses.

それらの質量は大きく異なっていることが 判明しました

The same was found for electrons,

同様なことが電子でも発見されました

which have heavier siblings called the muon and the tau.

ミュー粒子とタウ粒子という より重い兄弟粒子があったのです

Why are there three (and only three) different versions

なぜ それぞれの素粒子には ３種類（そして僅か３種類だけ）の

of each of these particles?

仲間がいるのでしょうか？

This remains a mystery.

これは謎のままです

These heavy particles are only produced, for very brief moments,

これらの重い粒子は 高エネルギーの衝突の際

in high energy collisions, and are not seen in everyday life.

ごく短時間だけ作られるもので 日常生活では見られません

This is because they decay very quickly into the lighter particles.

これは あっという間に より軽い粒子に崩壊するためです

Such decays involve the exchange of force-carrying particles,

崩壊においては 力を媒介する粒子の交換も起こります

called the W and Z, which – unlike the photon – have mass.

これらはW粒子とZ粒子とよばれるもので 光子とは異なり質量があり

They carry the weak force, the final force of the Standard Model.

標準模型の残った一つの力である 「弱い力」を媒介します

This same force allows protons and neutrons to transform into each other,

この弱い力により 陽子と中性子が互いに入れ替わります

a vital part of the fusion interactions that drive the Sun.

太陽の原動力である 核融合反応における重要な要素です

To observe the W and Z directly,

W粒子とZ粒子を直接観察するため

we needed the high energy collisions provided by particle accelerators.

粒子加速装置による 高エネルギーの衝突が必要でした

There’s another kind of Standard Model particle, called neutrinos.

標準模型にはニュートリノという 別の種類の素粒子があります

These only interact with other particles through the weak force.

弱い力によってのみ 他の粒子と相互作用します

Trillions of neutrinos, many generated by the sun, fly through us every second.

太陽で作られた何兆ものニュートリノが 毎秒ごとに我々の体をすり抜けています

Measurements of weak interactions found that there are different kinds of neutrinos

弱い相互作用の測定により 電子、ミュー粒子、タウ粒子と関連する―

associated with the electron, muon, and tau.

異なる種類のニュートリノがあることが 分かりました

All these particles also have antimatter versions,

これらの粒子には反物質があります

which have the opposite charge but are otherwise identical.

反物質とは逆の電荷を持つ以外は 全く同じ物質です

Matter and antimatter particles are produced in pairs in high-energy collisions,

物質と反物質の粒子は 高エネルギーの衝突の際 対となって生成し

and they annihilate each other when they meet.

出会うと互いを消滅させます

The final particle of the Standard Model is the Higgs boson

標準模型の最後の粒子は ヒッグス粒子です

– a quantum ripple in the background energy field of the universe.

これは 宇宙の真空のエネルギー場における 量子的なさざ波といえます

Interacting with this field is how all the fundamental matter particles acquire mass,

標準模型によると この場との相互作用が 物質を構成する全ての基本粒子が

according to the Standard Model.

質量を獲得する仕組みとなっています

The ATLAS Experiment on the Large Hadron Collider

大型ハドロン衝突型加速器に据え付けられた ATLAS検出器では

is studying the Standard Model in-depth.

標準模型を詳しく研究しています

By taking precise measurements of the particles and forces that make up the universe,

宇宙を構成する粒子と力を 精密に測定することで

ATLAS physicists can look for answers to mysteries

ATLASの物理学者は 標準模型では説明できない謎に対する

not explained by the Standard Model.

答えを探すことができます

For example, how does gravity fit in?

例えば 重力を模型にどう組み込むのか？

What is the real relationship between force carriers and matter particles?

力を媒介する粒子と 物質を構成する粒子の間の関係は？

How can we describe “Dark Matter”,

「暗黒物質」を 説明できるのでしょうjか？

which makes up most of the mass in the universe but remains unaccounted for?

宇宙にある大半の質量を占めながらも 説明できていない物質のことです

While the Standard Model provides a beautiful explanation for the world around us,

標準模型が私たちの周囲の世界を 見事に説明していますが

there is still a universe’s worth of mysteries left to explore.

宇宙にはまだ解明する価値のある 謎が残されているのです