2010年2月16日
独立行政法人 理化学研究所
大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
米・重イオン衝突型加速器「RHIC」で、4兆度の超高温状態を実現
－原子は熔け「完全液体」となり、宇宙創成時のクォークスープを生み出す高温に－
報道発表資料
約137億年前に起きた宇宙創成のビッグバン直後の数十万分の1秒の間、「クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）」と呼ばれるクォークとグルーオンという素粒子群のプラズマ状態が存在し、宇宙を満たしていたと考えられています。やがて冷えて、クォークとグルーオンは陽子や中性子へと凝集し、現在の原子核や原子が誕生してきたとされています。逆に、陽子や中性子が融け「クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）」になるためには、約2兆度の超高温状態が必要であると推測されています。理研と高エネルギー加速器研究機構(KEK)を中心とする研究グループは、米国のブルックヘブン国立研究所（BNL）の国際共同研究である、PHENIX実験に参加してきました。これまでに、相対論的重イオン衝突型加速器（RHIC)を使って、クォークとグルーオンからなる高温・高密度で粘性がゼロの「完全液体」を作り出してきましたが、その温度を直接測定するには至っていませんでした。今回、 RHICで金の原子核同士を光の速さに限りなく近いスピードで衝突させ、超高温状態を実現し、その反応初期温度が太陽中心温度の25万倍も高い約4兆度であることを明らかにしました。この温度は、「クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）」を生み出すのに必要とされる2兆度よりはるかに高く、これまで実験室で達成してきた温度として最高となります。
この金原子核同士の衝突によって生まれる高温物質の初期温度は、溶鉱炉の中で鉄が光を出すことで高温と分かるのと同じ原理で、光の発生量とエネルギー分布から測定しました。具体的には、高エネルギーの光子が電子と反粒子である陽電子に変換することを利用して、雑音光子を取り除き、熱的光子の発生量とエネルギー分布を測定しました。今後、宇宙創成後の宇宙の状態の解明ばかりか、物質構成の謎解きにも活用できると注目されます。