【３・４月号掲載】宇宙誕生の仮説　卒研で覆す　３年かけ結果出る　川畑准教授らの実験グループ

    データの解析をする学生ら

　理学部の学生らが卒業研究で宇宙誕生の謎に関する有力な仮説を覆す実験結果を報告した。論文は米国物理学会発行の学術誌「フィジカルレビューレターズ」誌に掲載され、研究に携わった学生は２０１６年度総長賞を受賞した。

　実験を行ったのは理学研究科の川畑貴裕准教授（核物理学）らの実験グループ。

　宇宙は１３８億年前に発生したビッグバンによって誕生したといわれる。その時に水素やヘリウム、リチウムなどの軽い元素が生まれたとされる。しかしリチウムに関しては、同種の元素で質量が異なる「同位体」の量の観測値が理論値より約３倍小さい。これは「宇宙リチウム問題」と呼ばれ、ビッグバンを宇宙の始まりとする説に残された大きな問題とされていた。

　リチウム７はベリリウム７から変化すると考えられているため、ベリリウム７がリチウム７以外の物質に変化すれば生じるリチウムの量は減少する。これまで「ベリリウム７は中性子と反応しヘリウム４を発生させる反応が起こりやすいため、リチウムの観測値が小さい」とする仮説が有力視されていたが、この反応は計測されていなかったため今回測定を試みた。

　ベリリウム７は不安定で自然界にないため実験が難しい。そこで今回は逆の反応に注目。ヘリウム原子にヘリウムの原子核を衝突させ、中性子が出てくる確率を計測した。実験の結果、中性子がベリリウムと衝突してヘリウムが発生する確率は予想より約１０倍小さいと判明。リチウム７の量の少なさを説明するには不十分と分かった。こうして有力仮説が否定され、宇宙リチウム問題の謎はさらに深まった。

　実験は１４年から始まった。１年目は計測したい反応以外の反応が発生し、正確なデータが得られなかった。２年目は前年のような余計な反応を減らすため装置などを改良。計測時、結果が正確に出たグラフを見た当時４年の武田朋也さんは「勝ったな」と思ったという。３年目前期に、発生する中性子を計測できる割合を調べ、全行程が終了した。

　川畑准教授は実験について「自分がやって楽しい研究じゃないとつまらない。卒業研究とはいえ、学生にはちゃんとした研究をさせてあげたいから企画した」と語る。武田さんは「中性子がどれだけの割合で検出できるか、シミュレーションに苦労した」と当時を振り返った。　      【田林航】

　※おことわり　３・４月号では、学生の学年を３月までの学年で表記しています。