謙虚な中性子がこれまで以上に強力になろうとしています

Jun 04, 2023

中性子は、さまざまな分野で科学を進歩させる大きな可能性を秘めています。

科学実験に必要な自由中性子を生成するために、スウェーデンに新しい施設が建設中です。

この施設は、イメージング、材料科学、反物質の調査などの分野における疑問を調査するために使用されます。

中性子は、量子の世界ではちょっとした縁の下の力持ちです。 それらは、原子の質量のかなりの部分を占めているにもかかわらず、帯電せず、動き回ることもありません。また、原子番号に数えることもありません。

しかし、それらは絶対的に重要です。 それらがなければ何も存在しません。 中性子を使用すると、通常は互いに反発し合う陽子が原子核に集まり、他のほとんどすべてを構成する原子を作成できます。 (水素を除く - 1 つの陽子は、それを打ち消すために中性子を必要としません。)

中性子は重要であるだけでなく、有用でもあります。 非常に有用であり、非常に広く有用であるため、実際、ヨーロッパ破砕源 (ESS) と呼ばれるスウェーデンの研究施設全体が現在建設中です。 その目標は、さまざまな科学的取り組みに使用できる粒子のビームを作成することによって、中性子をどれだけ利用できるかを確認することです。

ESS は、多くの科学で中性子を使用する鍵となるのは破砕と呼ばれるプロセスであるため、説明的な名前が付けられています。 これには、原子核を高エネルギー粒子で爆破して原子を不安定にし、中性子の一部が飛び散って自由になるようにすることが含まれます。 自由中性子は、宇宙線と大気の相互作用や、地球の自然放射能の一部によっても生成されます。

それでは、中性子が自由になったら、どのような科学的取り組みが検討されているのでしょうか?

まあ、それはあなたが使いたい楽器によって異なります。 ESS が稼働すると、最初は 15 台の中性子ベースの機器が設置されます (その多くには ODIN、BEER、T-REX、BIFROST などの非常に優れた名前が付けられています)。それぞれが利用できるようにセットアップされます。独自の方法で中性子の影響を及ぼします。

たとえば、ある機器はイメージングに取り組みます。厳密には派手な X 線ではありませんが、十分近いものです。 自由中性子のビームを適切な方法で集束すると、物体を透かして見ることができます。 それ自体は革新的ではありませんが、中性子の性質により、X 線のビームで見えるものとは異なるものが見えることになります。 さらに、多くの場合、対象物に損傷を与えることなく画像化を行うことができます。これは、非常に繊細な古代の巻物などを調べる場合に非常に重要です。

別の機器を使用して、自由中性子の粒子への繰り返し曝露によって損傷を受ける可能性のある物体に対する自由中性子の影響の現実のタイムラプスを効果的に作成します。 自由中性子が時間の経過とともに電気部品の劣化を引き起こす可能性があることはわかっており、実験室でその曝露による長期的な影響をテストできれば、メーカーはより中性子耐性の高い部品を製造する方法を学ぶことができます。

そして、おそらく最も刺激的なことですが、ESS の開設から数年後、施設はさらに強化され、中性子が物質から反物質に移行する瞬間を探し始めます。

ESSの素粒子物理学者ヴァレンティーナ・サントロ氏はプレスリリースで、「そのようなものを観察すれば、最大の未解決の謎の1つが理解できるだろう。なぜ宇宙には反物質よりも物質が多いのかということだ」と述べた。

「反中性子になる中性子が 1 つ必要なだけです。それだけです。物質が反物質になるプロセスを発見しました」とサントロ氏は付け加えた。

ESS が作業を開始できるまでにはまだ時間があります。この施設は 2027 年に稼働する予定ですが、反物質実験はそれ以降もしばらく開始される予定はありません。 しかし、それが起動して実行されたら、注意してください。 中性子は、なぜ過小評価すべきではないのかを正確に教えてくれようとしています。

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