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加速器

雷は天然の電子加速器?大気中で原子核反応を起こしている証拠発見!上空で陽電子生成

 原子核反応とは何か?

 原子核物理学における原子核反応(nuclear reaction)または核反応とは、入射粒子が標的核(原子核)と衝突して生じる現象の総称を言う。原子核反応といえば、原子力発電でウランの原子核が割れる「核分裂」が、その好例だ。

 原子核反応は、大別して「吸収」「核分裂」「散乱」の三つがある。だが、その反応過程は多彩で統一的に記述する理論はまだない。核反応においては、電荷、質量数、全エネルギー、全運動量が保存される。

 衝突粒子としては陽子や中性子はもちろん、一般にウランに至るまでの原子核、さらにγ(ガンマ)線や電子、中間子などさまざまなものがありうる。どの粒子によって引き起こされた反応であるかを識別するために粒子名をつけて、たとえば陽子核反応とよぶことがある。


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世界最高の衝突性能!KEKB加速器からSuperKEKBへ!ルミノシティを高める方法とは?

 加速器とは何か?

 荷電粒子(陽子、電子、陽電子など)を光の速度近くまで 加速し、高いエネルギーの状態にする装置である。加速器は、素粒子物理学、物質構造科学、生命科学などさまざまな最先端の研究に用いられるほか、医療用にも利用されている。磁場や電場の力により、荷電粒子の運動を制御し加速する。

 日本には、基礎的分野として、1.東北大学電子光理学研究センター(旧原子核理学研究施設)2.東北大学サイクロトロンRIセンター 3.高エネルギー加速器研究機構 4.理化学研究所 5.仁科加速器研究センター 6.大阪大学核物理研究センター 7.京都大学化学研究所 8.九州大学粒子物理学講座 9.J-PARC などがある。

 医学応用分野としては、放射線医学総合研究所。放射光研究分野としては、1.SPring-8 2.分子科学研究所極端紫外光研究施設(UVSOR-II) 3.兵庫県立大学高度産業科学技術研究所(NewSUBARU) 4.広島大学放射光科学研究センター(HiSOR) 5.佐賀県立九州シンクロトロン光研究センター(SAGA-LS) 6.立命館大学SRセンター 7.SACLA(X線自由電子レーザー施設)などがある。


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光速を超えることは可能か?レーザー光で鉄の原子核を光速の1/5まで加速!

 光より速いものは存在するのだろうか?

 2011年9月23日CERNで、観測したニュートリノが光速より速かったという実験結果が発表された。「国際研究実験OPERA」のチームが、人工ニュートリノ1万6000個を、ジュネーブのCERNから約730km離れたグラン・サッソのイタリア国立物理学研究所研究施設に飛ばしたところ、2.43ミリ秒後に到着し、光速より60.7ナノ秒(1億分の6秒、ナノは10億分の1)速いことが計測された。

 1万5000回の実験ほとんどで同じ結果が示された。この発表は「質量を持つ物質は光速を超えない」とするアインシュタインの特殊相対性理論に反するため世界的な論争を呼んだ。光より速い物質が存在しないのは、粒子を光速にまで加速するためには無限のエネルギーが必要だということが理由だが、もしこの実験結果が本当だった場合、このニュートリノはエネルギーを必要としない何らかの相転移で超光速になってまた戻ったとする仮説なども考えられた。

 その後、ニュートリノの到着側で地上と地下の時計をつなぐ光ケーブルの接続不良やニュートリノ検出器の精度が不十分だった可能性が見つかったため、2012年5月、実験不備を解消した上で再実験を行った。結果、ニュートリノと光の速さに明確な差は出ず実験結果を修正、6月8日にニュートリノ・宇宙物理国際会議で「超光速」の当初報告の正式撤回を発表した。


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