触れると消える「反物質」の粒を、何か月も閉じ込めることに成功 米ノースウェスタン大、宇宙の謎に迫る精密な比べへ

米ノースウェスタン大学のジェラルド・ガブリエルス教授らの研究チームは、電子の反物質にあたる「陽電子」を1個だけ捕まえ、何か月も閉じ込めることに成功した。成果は2026年10月21日、米国の物理学の学術誌「Physical Review Letters」に載った。

反物質とは

身の回りのものは、ほとんどが電子、陽子、中性子の3つの粒からできている。反物質は、これらと重さなどは同じで、電気の向き(プラスとマイナス)などが逆の粒だ。電子の反物質が陽電子で、電子がマイナスの電気を持つのに対し、陽電子はプラスの電気を持つ。

電子と陽電子が出会うと、両方とも消えて光(エネルギー)になる。これを「対消滅」と呼ぶ。そのため、陽電子はふつうの入れ物に入れておけない。入れ物に触れた時点で消えてしまうからだ。ガブリエルス教授は「反物質はSFで人気だが、研究のために扱う量では爆発するほどにはならず、危険はない」と話している。

どうやって閉じ込めたか

研究チームは、次のような手順で陽電子を閉じ込めた。

1. 陽電子をつくる: 放射線を出すナトリウム22という物質から、陽電子が飛び出してくる。飛び出した直後は、ものすごいエネルギーを持っている
2. 遅くする: 陽電子の速さを大きく落としてから、ほぼ完全な真空の「わな」に導いた
3. 浮かべる: わなは、電気と磁気の力を組み合わせて、陽電子を何にも触れない空間の真ん中に浮かべる。入れ物の壁に触れないので、陽電子は何か月も消えずに残った
4. 冷やす: わなの中は、約300ミリケルビン、つまり絶対零度より0.3度高いだけの温度に冷やした。陽電子は、いちばん低いエネルギーの状態(基底状態)に落ち着いた

研究チームは、マイクロ波で陽電子にごく少しのエネルギーを与え、エネルギーの状態が移り変わる様子を、1つずつ操って見分けられることも示した。こうした状態の陽電子を、研究チームは「1陽電子の量子サイクロトロン」と呼んでいる。論文によると、陽電子は、わなの磁場の中に、いつまでも浮かべておけるという。

何がわかるのか

物理学の土台になっている理論「標準模型」では、電子と陽電子は、ほぼ完全な鏡写しの関係にあるとされる。研究チームは今後、陽電子の磁石としての強さ(磁気モーメント)をこれまでにない精度で測り、電子と比べる計画だ。

ガブリエルス教授のチームは、以前に同じ方法で電子1個を閉じ込め、その磁石としての強さを、約10兆分の1の精度で測っている。素粒子について行われた中で、最も精密な測定の一つだという。陽電子でも同じ測り方をして、2つの結果を突き合わせる。

宇宙の始まりのビッグバンでは、物質と反物質が同じだけできたはずだと考えられている。そうなら、互いに消し合って何も残らないはずだが、実際の宇宙は物質ばかりでできている。標準模型は、その理由を説明できない。ガブリエルス教授は「今の理論では、2つの測定に違いは無いとされる。もし同じでなければ、この100年で物理学の最大の発見になる」と話している。

かんたんに言うと

触れたとたんに消えてしまうシャボン玉を、何にも触れさせずに空中に浮かべたまま、何か月も観察できるようにしたようなものだ。こうしてじっくり調べれば、電子と陽電子が本当に「鏡写し」なのかを、とても細かく確かめられる(TECHNOVAの見方)。

日本ではどうなるのか

今回の研究には、日本の研究機関は加わっていない。電子や陽電子の性質を精密に測る研究は、世界の各地で進められている分野で、今回の成果は、物質と反物質の違いという大きな謎に迫る手がかりの一つになる(TECHNOVAの見方)。

まとめ

米ノースウェスタン大学の研究チームは、電子の反物質である陽電子を1個だけ捕まえ、絶対零度近くまで冷やして、何か月も閉じ込めることに成功した。今後は陽電子の磁石としての強さを精密に測り、電子と比べる。違いが見つかれば、宇宙に物質ばかりが残った理由に迫れるかもしれない。