Could we create dark matter? - Rolf Landua

ダークマターを創ることはできるのか？― ロルフ・ランデュア

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Misaki Sato

85% of the matter in our universe is a mystery.

宇宙に存在する物質の85％は 謎に包まれています

We don't know what it's made of, which is why we call it dark matter.

それが何からできているか分からないので ダークマターと呼ばれています

But we know it's out there because we can observe its gravitational attraction

しかし 銀河や天体に及ぼす 重力による引力を観測することで

on galaxies and other celestial objects.

それが存在していることが分かります

We've yet to directly observe dark matter,

まだ直接的に 観測されたことはありませんが

but scientists theorize that we may actually be able to create it

科学者が唱える理論によると 人間がこれを創り出せるかもしれません

in the most powerful particle collider in the world.

世界で最も強力な 衝突型粒子加速器によってです

That's the 27 kilometer-long Large Hadron Collider, or LHC,

それは スイスのジュネーブにある 円周27キロものLHC ―

in Geneva, Switzerland.

大型ハドロン衝突型加速器のことです

So how would that work?

その仕組みとは？

In the LHC, two proton beams move in opposite directions

LHCでは互いに逆向きの 陽子のビームが打ち出され

and are accelerated to near the speed of light.

光速近くまで加速されます

At four collision points, the beams cross and protons smash into each other.

４カ所ある衝突点で ビームが交差し 陽子同士が衝突します

Protons are made of much smaller components called quarks and gluons

陽子はそれ自身よりずっと小さな素粒子である クォークとグルーオンでできています

In most ordinary collisions, the two protons pass through each other

通常の衝突では 大きな変化が起こることなく

without any significant outcome.

陽子同士は互いにすり抜けます

However, in about one in a million collisions,

しかし 約百万回に１回の割合で

two components hit each other so violently,

２つの素粒子が互いに激しく衝突し

that most of the collision energy is set free

衝突によるエネルギーが解放され

producing thousands of new particles.

何千もの新しい素粒子が生成します

It's only in these collisions that very massive particles,

このような衝突によってのみ

like the theorized dark matter, can be produced.

理論上の物質であるダークマターのような 非常に重い素粒子が生成します

The collision points are surrounded by detectors

衝突点の周りは 検出装置で取り囲まれており

containing about 100 million sensors.

約１億個のセンサーが 取り付けられています

Like huge three-dimensional cameras,

これは巨大な３Dカメラのようなもので

they gather information on those new particles,

新たに生成された素粒子の情報 ―

including their trajectory,

軌跡や電荷やエネルギーの 情報を集めます

electrical charge,

軌跡や電荷やエネルギーの 情報を集めます

and energy.

軌跡や電荷やエネルギーの 情報を集めます

Once processed, the computers can depict a collision as an image.

データ処理の後 コンピュータが 衝突の様子をイメージとして描き出します

Each line is the path of a different particle,

各々の線は異なる素粒子の軌跡で

and different types of particles are color-coded.

異なるタイプの素粒子を 異なる色で表しています

Data from the detectors allows scientists to determine

検出器で得られたデータから 科学者たちは各素粒子について

what each of these particles is,

そのタイプを決定することができます

things like photons and electrons.

例えば光子や電子といったことです

Now, the detectors take snapshots of about a billion of these collisions per second

さて 検出器は 毎秒約十億の写真を撮影し

to find signs of extremely rare massive particles.

極めてまれに発生する重い素粒子の 痕跡を探し出します

To add to the difficulty,

さらに難しいことに

the particles we're looking for may be unstable

我々が探し求める粒子は 不安定であるかもしれず

and decay into more familiar particles before reaching the sensors.

検出器に到達するまでに 良く知られている粒子に崩壊するかもしれません

Take, for example, the Higgs boson,

例えば ヒッグス粒子の場合

a long-theorized particle that wasn't observed until 2012.

その存在が理論上示されてから 2012年になるまで観測されませんでした

The odds of a given collision producing a Higgs boson are about one in 10 billion,

衝突によってヒッグス粒子が 生成する確率は約百億分の１で

and it only lasts for a tiny fraction of a second

しかも１秒よりもずっと短い時間で

before decaying.

崩壊してしまいます

But scientists developed theoretical models to tell them what to look for.

しかし科学者たちは何を探すべきかを 知るための 理論モデルを構築しました

For the Higgs, they thought it would sometimes decay into two photons.

ヒッグス粒子の場合 時に２つの光子に崩壊すると考えられました

So they first examined only the high-energy events

そこでまず ２つの光子が含まれる

that included two photons.

高エネルギーの事象を調べました

But there's a problem here.

しかし 問題があります

There are innumerable particle interactions

そこでは 粒子同士の相互作用が 無数に起きており

that can produce two random photons.

ランダムに２つの光子ペアが生成されます

So how do you separate out the Higgs from everything else?

では そこからヒッグス粒子のみを 見つけ出す方法は？

The answer is mass.

答えは質量です

The information gathered by the detectors allows the scientists to go a step back

科学者たちは検出器から集められた情報から １段階前の状態を調べ

and determine the mass of whatever it was that produced two photons.

２つの光子を生成した粒子の質量を どの粒子だとしても 決定することができます

They put that mass value into a graph

質量の値をグラフにプロットし

and then repeat the process for all events with two photons.

２つの光子を生成した全ての事象に対し この処理を繰り返します

The vast majority of these events are just random photon observations,

圧倒的多数のイベントは ランダムに発生した光子の観測に過ぎません

what scientists call background events.

科学者たちはこれを背景事象といいます

But when a Higgs boson is produced and decays into two photons,

しかしヒッグス粒子が生成し ２つの光子に崩壊する場合は

the mass always comes out to be the same.

質量はいつも一定です

Therefore, the tell-tale sign of the Higgs boson

そのためヒッグス粒子の存在は

would be a little bump sitting on top of the background.

背景事象の上に小さなこぶとなって 現れることでしょう

It takes billions of observations before a bump like this can appear,

このようなこぶが見えてくるまでには 何十億という観測が必要で

and it's only considered a meaningful result

確かな結果が得られたと 認められるには

if that bump becomes significantly higher than the background.

こぶの大きさが背景に対し 明らかに大きくなければなりません

In the case of the Higgs boson,

ヒッグス粒子の場合

the scientists at the LHC announced their groundbreaking result

LHCの科学者たちが この画期的な結果を発表したのは

when there was only a one in 3 million chance

観測されたこぶが 統計的なぶれにより 偶然に生じてしまう確率が

this bump could have appeared by a statistical fluke.

わずか３百万分の１になった時でした

So back to the dark matter.

さてダークマターに話を戻します

If the LHC's proton beams have enough energy to produce it,

もしLHCが放出する陽子のビームの エネルギーが十分に高ければ

that's probably an even rarer occurrence than the Higgs boson.

ダークマターはおそらくヒッグス粒子よりも さらに低い割合で生成されることでしょう

So it takes quadrillions of collisions combined with theoretical models

理論モデルの助けを得たとしても 数千兆回衝突させて

to even start to look.

ようやく その兆しが 見え始めることでしょう

That's what the LHC is currently doing.

こんな実験がLHCで実施されています

By generating a mountain of data,

山のようにデータを積み上げることで

we're hoping to find more tiny bumps in graphs

グラフの上のとても小さなこぶを もっと発見できることを願っています

that will provide evidence for yet unknown particles, like dark matter.

それらはダークマターのような 未知の素粒子が存在する証拠となります

Or maybe what we'll find won't be dark matter,

もしかすると 見つけ出したものが ダークマターではなく

but something else

何か別のもので

that would reshape our understanding of how the universe works entirely.

宇宙の仕組みに対する我々の理解を 根底から変えてしまうかもしれません

That's part of the fun at this point.

それも私たちが 興味を抱くことの１つです

We have no idea what we're going to find.

一体 何が発見されるのか 全く分かりません

皆さんがご覧になっている TED-Edのビデオは

様々な国の人々が何か月も苦労して 作り上げたものです

たとえば 素粒子物理学に関する この風変わりなビデオは

TED-Edチーム、CERNの物理学者

ニューヨークの数名のクリエイター イギリスのアニメ制作者の

共同作業で製作されました

５か月かけた創造的な議論を経て このたび 公開に至りました

世界中の誰でも 無料でこれを使って 学習したり ずっと共有できます

TED-Ed の視聴者も増えてきたので

より大規模で本格的な共同作業に 取り組んでいきたいと考えています

しかし TED-Edは非営利団体なので

それを実行するには さらなる援助が 少しばかり必要です

TED-Edのビデオを お楽しみいただけたなら

我々のビデオ制作活動を

Patreon.com/TEDEd から 支援して頂けますか

いつもながら ビデオを見てくれて有難う