陽子崩壊陽子は死ぬのか?

陽子は崩壊するのでしょうか。スーパーカミオカンデは陽子崩壊を一度も観測しておらず、陽子の寿命は 10³⁴ 年より長いことになります。そもそも陽子が崩壊するかどうかは、まだ確認されていない大統一理論に左右されます。ゲームのエンディング「陽子崩壊」では、プレイヤーは宇宙の終わりに残り、最後の陽子が崩壊するのを見届けます。本当に待つ必要があるエンディングで、解放条件には「現実で24時間待つ」が含まれています。

このページではまず解放方法を説明し、次に陽子崩壊の実際の状況、そして関連する素粒子物理の研究（クォーク、反物質、なぜ反物質より物質が多いのか、ニュートリノ）を紹介します。

解放方法

• ヒント：本当に待たなければ到達できないエンディングがあります。
• 条件：「最後の陽子」を解放し、宇宙の終わりを見届けてから、現実で24時間待つ。
• 報酬：エネルギー星座の運命ノード「宇宙の工場」を解放します。

このエンディングは物理カテゴリに属します。「最後の陽子」ノードの説明は、宇宙の終わりに残り、最後の陽子が崩壊するのを見届ける、というものです。このエンディングでは現実の24時間の待機が必要です。この待機はゲームの設計であって、物理実験の要件ではありません。

実際のところ

• 未観測：スーパーカミオカンデは陽子崩壊を一度も観測していません。
• 寿命の下限：陽子の寿命は 10³⁴ 年より長い。
• 何に左右されるか：陽子が崩壊するかどうかは、未確認の大統一理論に左右されます。

宇宙の遠い未来の描像では、陽子崩壊は「あるかもしれない」ものです。ある研究は、数兆年後とそれ以降の宇宙の運命を描きました。恒星は燃え尽き、陽子は崩壊するかもしれず、ブラックホールはやがて蒸発します（Adams and Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997）。ブラックホールの蒸発は別の発見に由来します。量子効果によってブラックホールはゆっくりとエネルギーを放射するため、永遠には存在しません（Hawking, Nature, 1974）。

陽子の中身

• クォーク模型：マレー・ゲルマンは、陽子と中性子がより小さな「クォーク」からできていると提案し、素粒子の動物園に秩序をもたらしました（Gell-Mann, Physics Letters, 1964）。
• 漸近的自由性：クォーク同士が近づくほど相互作用は弱まり、離れるほど強く引き合います。これがクォークが常に閉じ込められている理由です（Gross and Wilczek, Physical Review Letters, 1973）。
• 完全流体：重イオン衝突によって、宇宙誕生直後の数マイクロ秒に存在したクォーク・グルーオン・プラズマが再現されました。それは粘性のほとんどない液体のように振る舞います（STAR Collaboration, Nuclear Physics A, 2005）。

なぜ反物質より物質が多いのか

• サハロフの条件：アンドレイ・サハロフは、宇宙で反物質より物質が多くなるために必要な3つの条件を挙げました。これは今も研究の出発点です（Sakharov, JETP Letters, 1967）。
• CP 対称性の破れ：K 中間子（カオン）の崩壊は、物質と反物質に対する物理法則が完全には対称でないことを示しました（Christenson, Cronin, Fitch and Turlay, Physical Review Letters, 1964）。
• ディラック方程式：ポール・ディラックは量子力学と相対性理論を組み合わせて電子を記述し、その方程式の解は思いがけず反物質を予言しました（Dirac, Proceedings of the Royal Society A, 1928）。
• 陽電子：カール・アンダーソンは宇宙線の中に正の電荷をもつ電子を撮影し、人類は初めて反物質を目にしました（Anderson, Physical Review, 1933）。

ニュートリノ

研究者たちは原子炉のそばで何年も待ち続け、ほとんど何とも相互作用しないこの「幽霊粒子」をついに捉えました（Cowan, Reines et al., Science, 1956）。その後、スーパーカミオカンデはニュートリノが3つの種類の間で変化することを発見し、質量があることを示しました（Fukuda et al., Physical Review Letters, 1998）。スーパーカミオカンデは、「陽子崩壊を一度も観測していない」まさにその検出器でもあります。

以上はすべて関連する実際の研究です。素粒子物理の背景知識であり、陽子崩壊を証明することも否定することもできません。

ゲーム設定（実際のものではありません）

陽子崩壊が残した言葉はフィクションです。

原典を読むには？ 次のタイトルで検索してください

• Gell-Mann (1964): "A schematic model of baryons and mesons"
• Gross and Wilczek (1973): "Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories"
• Sakharov (1967): "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe"
• Christenson et al. (1964): "Evidence for the 2π decay of the K2 0 meson"
• Dirac (1928): "The quantum theory of the electron"
• Anderson (1933): "The positive electron"
• Cowan, Reines et al. (1956): "Detection of the free neutrino: a confirmation"
• Fukuda et al. (1998): "Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos"
• STAR Collaboration (2005): "Experimental and theoretical challenges in the search for the quark–gluon plasma"
• Hawking (1974): "Black hole explosions?"
• Adams and Laughlin (1997): "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"