ストレンジレット

ストレンジレット (Strangelet) とは、ほぼ同数どうすうのアップ、ダウン、ストレンジの3種しゅのクォークの束縛そくばく状態じょうたいからなる仮説かせつ上じょうの粒子りゅうしをいう。サイズは最小さいしょうで直径ちょっけい数すうフェムトメートル（質量しつりょうの軽かるい核かくの場合ばあい）。サイズが巨視的きょしてきなもの（直径ちょっけい数すうメートル程度ていど）については、ストレンジレットとは呼よばず、クォーク星ぼしや「ストレンジ星ぼし」と呼よぶことが多おおい。ストレンジレットはストレンジ物質ぶっしつのかけらであると言いうこともできる。「ストレンジレット」という用語ようごはエドワード・ファーリ（英語えいご版ばん）とロバート・ヤッフェ（英語えいご版ばん）^[1]が使つかい始はじめた。また、ストレンジレットはダークマターの候補こうほとして名ながあがっている^[2]。

理論りろん的てき可能かのう性せい[編集へんしゅう]

ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつ[編集へんしゅう]

ストレンジクォークを含ふくむ既知きちの粒子りゅうしは、ストレンジクォークがアップ・ダウンクォークよりも重おもいことから不安定ふあんていである。そのため、ラムダ粒子りゅうしのようなアップ・ダウン・ストレンジクォークを含ふくむストレンジ粒子りゅうしは弱よわい相互そうご作用さようによってアップ・ダウンクォークのみからなる、より軽かるい粒子りゅうしに崩壊ほうかいする過程かていで必かならずストレンジネスを失うしなってしまう。しかし、クォーク数すうのより大おおきな状態じょうたいではこのような不安定ふあんてい性せいはみられない可能かのう性せいがある。これがBodmer^[3]およびウィッテン^[2]の「ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつ」である。この仮説かせつによれば、十分じゅうぶんな数かずのクォークが集あつまれば、基底きてい状態じょうたいはアップ・ダウン・ストレンジクォークがだいたい同数どうすう集たかったもの、つまりストレンジレットになる。この安定あんてい性せいはパウリの排他はいた原理げんりに起因きいんするものである。すなわち、三さん種類しゅるいのクォークがあれば、通常つうじょうの物質ぶっしつのように二に種類しゅるいのクォークだけのときよりもより多おおくのクォークを低ていエネルギー状態じょうたいに置おけるからである。

原子核げんしかくとの関係かんけい[編集へんしゅう]

原子核げんしかくとは三みつ組ぐみになったアップ・ダウンクォーク（陽子ようしおよび中性子ちゅうせいし）が多数たすう集たかった系けいである。ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつによれば、ストレンジレットは原子核げんしかくよりも安定あんていであり、したがって原子核げんしかくは崩壊ほうかいしてストレンジレットになるはずである。しかし、弱よわい相互そうご作用さようによって原子核げんしかくがストレンジレットになるには最初さいしょに数個すうこのクォークをストレンジクォークに変かえてラムダ粒子りゅうしのような重おもいストレンジバリオンを作つくらなければならず、大おおきなエネルギー障壁しょうへきを乗のり越こえる必要ひつようがあるために非常ひじょうに遅おそい過程かていとなるであろう。低ていエネルギー状態じょうたいに達たっするためには、多数たすうの変換へんかんがほぼ同時どうじにおこり、ストレンジクォークの数かずが臨界りんかい量りょうを超こえる必要ひつようがある。これは非常ひじょうにおこりそうもないことで、ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつが正ただしかったとしても、原子核げんしかくがストレンジレットになるためにかかる時間じかんは宇宙うちゅうの年齢ねんれいよりも大おおきくなるであろう^{[要よう出典しゅってん]}。

サイズ[編集へんしゅう]

ストレンジレットの安定あんてい性せいはそのサイズに依存いぞんする。これは、(a) クォーク物質ぶっしつと真空しんくうとの境界きょうかいにおける表面張力ひょうめんちょうりょく（小ちいさいストレンジレットほど寄与きよ率りつが高たかい）と、(b) 小ちいさなストレンジレットは電荷でんかをもち電子でんし・陽電子ようでんし雲くもをまとって電気でんき的てきに中性ちゅうせいになることがありうるが、大おおきなストレンジレットでは巨視的きょしてきな導体どうたいと同おなじように静しずか電でん遮蔽しゃへいにより内部ないぶが電気でんき的てきに中性ちゅうせいにならなければならないことによる。

遮蔽しゃへい距離きょりは数すうフェムトメートルのオーダーになるため、それより少すこし大おおきい程度ていどのストレンジレットまでしか電荷でんかをもつことはできない^[4]。

ストレンジ物質ぶっしつの表面張力ひょうめんちょうりょくについてはなにもわかっていない。これが臨界りんかい値ち（1平方へいほうフェムトメートルあたり数すうMeV^[5]）よりも小ちいさければ、大おおきなストレンジレットは不安定ふあんていで小ちいさなストレンジレットに分裂ぶんれつしようとするであろう（ストレンジ星ぼしは重力じゅうりょくにより安定あんてい化かしているためその限かぎりでない）。もし臨界りんかい値ちよりも大おおきければ、ストレンジレットは大おおきければ大おおきいほど安定あんていとなるであろう。

自然しぜんに存在そんざいする可能かのう性せいおよび人工じんこう的てき生成せいせいの可能かのう性せい[編集へんしゅう]

原子核げんしかくがストレンジレットに崩壊ほうかいしないとしても、ストレンジレットを作つくる方法ほうほうは他ほかにもありうる。よって、ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつが正ただしければ、宇宙うちゅうにはストレンジレットが存在そんざいしている可能かのう性せいがある。自然しぜんにストレンジレットが存在そんざいする可能かのう性せいとして、少すくなくとも以下いかの三みっつがあげられる。

宇宙うちゅう論ろん的てき生成せいせい: 宇宙うちゅう誕生たんじょう直後ちょくごに量子りょうし色しょく力学りきがく的てき閉とじこめ相しょう転移てんいが起おこったとき、陽子ようしや中性子ちゅうせいしのような通常つうじょうの物質ぶっしつと一緒いっしょにストレンジレットが生成せいせいされた可能かのう性せいがある。
高こうエネルギープロセス: 宇宙うちゅうには非常ひじょうに高たかいエネルギーの粒子りゅうし（宇宙うちゅう線せん）が満みちている。そのような粒子りゅうし同士どうし、もしくは中性子星ちゅうせいしせいと高こうエネルギー粒子りゅうしが衝突しょうとつした場合ばあい、通常つうじょうの物質ぶっしつをストレンジレットに変換へんかんするのに必要ひつようなエネルギーを得えることができる可能かのう性せいがある。
宇宙うちゅう線せん衝突しょうとつ: 宇宙うちゅう線せん同士どうしの正面しょうめん衝突しょうとつ以外いがいにも、超ちょう高こうエネルギー宇宙うちゅう線せんが地球ちきゅうの大気たいきに衝突しょうとつした場合ばあいにもストレンジレットが生しょうじうる。

これらの現象げんしょうにより、ストレンジレットを観測かんそくできる可能かのう性せいがある。もし宇宙うちゅうにストレンジレットが飛とび回まわっているのだとしたら、たまたま地球ちきゅうにストレンジレットが衝突しょうとつすることも有あり得えるし、もしそのようなことが起おこれば珍めずらしい種類しゅるいの宇宙うちゅう線せんとして観測かんそくされるであろう。もし高こうエネルギープロセスでストレンジレットが生成せいせいされうるのであれば、重じゅうイオン加速器かそくきによって人工じんこう的てきに生成せいせいすることも可能かのうかもしれない。

加速器かそくきによる生成せいせい[編集へんしゅう]

相対そうたい論ろん的てき重じゅうイオン衝突しょうとつ型がた加速器かそくき (RHIC) のような重じゅうイオン加速器かそくきにおいては、原子核げんしかくが相対そうたい論ろん的てき速度そくどで衝突しょうとつする際さいにストレンジ・反はんストレンジクォークが生しょうじており、ストレンジレットを生成せいせいすることもあるいは可能かのうかもしれない。実験じっけん的てきにはストレンジレットはその非常ひじょうに高たかい質量しつりょう/電荷でんか比ひから、磁場じば下かにおいてもほとんど曲まがらない直線ちょくせんに近ちかい飛跡ひせきとして観測かんそくされうる。STAR実験じっけん（英語えいご版ばん）ではRHICで生成せいせいされるストレンジレットを探さがしている^[6]が、いままでのところ一ひとつもみつかっていない。大型おおがたハドロン衝突しょうとつ型がた加速器かそくき (LHC) はRHICよりもストレンジレットを生成せいせいできる確かく率りつは低ひくい^[7]が、LHCのALICE検出けんしゅつ器きにおける探索たんさくが予定よていされている^[8]。

天文学てんもんがく的てき観測かんそく[編集へんしゅう]

国際こくさい宇宙うちゅうステーションに設置せっちされているアルファ磁気じき分光ぶんこう器き (AMS) によりストレンジレットが観測かんそくされる可能かのう性せいがある^[9]。

地震じしん学がく的てき観測かんそく[編集へんしゅう]

2002年ねん 5月、南みなみメソジスト大学だいがくの研究けんきゅう者しゃは1993年ねん 10月22日にちと11月24日にちに起おこった地震じしんはストレンジレットによるものである可能かのう性せいがあると報告ほうこくした^[10]。この主張しゅちょうは当該とうがい期間きかんにおいて地震じしん計けいに大おおきな誤差ごさが生しょうじていたとして、のちに撤回てっかいされた^[11]。

包括ほうかつ的てき核かく実験じっけん禁止きんし条約じょうやく (CTBT) の監視かんしのために設置せっちが進すすんでいる国際こくさい監視かんしシステム (IMS) が稼動かどうすれば、このシステムが地球ちきゅう全体ぜんたいを使つかったある種しゅの「ストレンジレット検出けんしゅつ器き」として使つかえる可能かのう性せいが示唆しさされている。IMSはTNT換算かんさんで1キロトン (4.2 TJ) 以上いじょうのエネルギーをもった異常いじょうな地震じしん学がく的てき揺ゆら動どうを検知けんちできるよう設計せっけいされており、この能力のうりょくを用もちいれば地球ちきゅうを通とおりすぎるストレンジレットを追跡ついせきすることが可能かのうかもしれない。

太陽系たいようけい天体てんたいとの衝突しょうとつ[編集へんしゅう]

重おもい隕石いんせき程度ていどの質量しつりょうのストレンジレットが、太陽系たいようけいの惑星わくせいやその他たの天体てんたいにぶつかるときに、特徴とくちょう的てきな衝突しょうとつクレーター（もしくは貫通かんつうクレーター）を残のこしている可能かのう性せいがある^[12]。

危険きけん性せい[編集へんしゅう]

ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつが正ただしく、かつ表面張力ひょうめんちょうりょくが前述ぜんじゅつの臨界りんかい値ちより大おおきかった場合ばあい、小ちいさなストレンジレットよりも大おおきなストレンジレットの方ほうが安定あんていとなる。この場合ばあい、ストレンジレットが通常つうじょうの物質ぶっしつに接触せっしょくした場合ばあい、通常つうじょうの物質ぶっしつをストレンジ物質ぶっしつに転換てんかんしてしまうことが考かんがえられる^[13]^[14]。このことから、「アイス・ナイン」のような破滅はめつ的てきシナリオが想定そうていされる。すなわち、ある原子核げんしかくに一ひとつのストレンジレットが衝突しょうとつすると、ストレンジ物質ぶっしつへの急速きゅうそくな転換てんかんを触媒しょくばいする。この過程かていで開放かいほうされたエネルギーにより、さらに大おおきく、より安定あんていなストレンジレットを生しょうじ、これが別べつの原子核げんしかくに衝突しょうとつするとまたストレンジ物質ぶっしつへの転換てんかんを触媒しょくばいする。最終さいしゅう的てきには、地球ちきゅう上じょう全すべての原子核げんしかくが転換てんかんされ、地球ちきゅうは熱あついストレンジ物質ぶっしつの塊かたまりへと変貌へんぼうする。

このようなシナリオは、宇宙うちゅう線せんに含ふくまれるストレンジレットによって引ひき起おこされはしない。なぜなら、宇宙うちゅう線せんに含ふくまれるストレンジレットは地球ちきゅうから遠とおく離はなれた場所ばしょで生しょうじるため、地球ちきゅうに到達とうたつするまでに基底きてい状態じょうたいに緩和かんわする。ほとんどのモデルでは、基底きてい状態じょうたいではストレンジレットは正まさに帯電たいでんしていると予言よげんされており、原子核げんしかくとは静しずか電でん反発はんぱつのために融合ゆうごうすることはまずない^[15]^[16]。しかし、高こうエネルギー衝突しょうとつによってならば負まけに帯電たいでんしたストレンジレットを生しょうじることもあると予想よそうされており、その場合ばあいはストレンジレットの寿命じゅみょうのうちに原子核げんしかくと融合ゆうごうする可能かのう性せいもある^[17]。

重じゅうイオン加速器かそくきから生しょうじるストレンジレットに触媒しょくばいされたストレンジ物質ぶっしつ転換てんかんの危険きけん性せいはメディアの注目ちゅうもくを惹ひくところとなり^[18]^[19]、上記じょうきのような懸念けねんがBrookhavenにおけるRHIC実験じっけんの開始かいし時じに提起ていきされた^[13]^[20]。詳細しょうさいな調査ちょうさ^[14]により、RHICによる粒子りゅうし衝突しょうとつは太陽系たいようけいを飛とび交かっている自然しぜんの宇宙うちゅう線せんと同どう程度ていどのエネルギーであり、RHICによってそのような災害さいがいが引ひき起おこされうるのであれば、それは自然しぜんの宇宙うちゅう線せんにより既すでに引ひき起おこされているはずであると結論けつろんづけられた。RHICは、そのような事故じこを起おこすことなく2000年ねんから運転うんてんを続つづけている。同様どうようの懸念けねんはCERNのLHC実験じっけんの際さいにも持もち上あがったが^[21]、科学かがく者しゃはそのような危険きけんはありそうもないとしている^[21]^[22]^[23]。

地球ちきゅうの場合ばあいとは違ちがい、中性子星ちゅうせいしせいの場合ばあいは上記じょうきのようなシナリオはより現実げんじつ的てきとなる。中性子星ちゅうせいしせいはある意味いみで巨大きょだい（直径ちょっけい20 km）な原子核げんしかくであり、重力じゅうりょくにより形かたちを保たもっているが、電荷でんかは帯おびていないためストレンジレットが電荷でんかを帯おびていても反発はんぱつしあわない。もし中性子星ちゅうせいしせいとストレンジレットが衝突しょうとつしたなら、中性子星ちゅうせいしせいの一部いちぶの領域りょういきが転換てんかんされ、その領域りょういきは徐々じょじょに広ひろがって最終さいしゅう的てきには星ほし全体ぜんたいをクォーク星ぼしへと変貌へんぼうさせるであろう^[24]。

ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつにまつわる論争ろんそう[編集へんしゅう]

ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつは未いまだ検証けんしょうされていない仮説かせつである。宇宙うちゅう線せんや加速器かそくきから直接ちょくせつストレンジレットを見みつける試こころみは今いまのところ成功せいこうしていない（前節ぜんせつ参照さんしょう）。もし中性子星ちゅうせいしせいと呼よばれている天体てんたいの表面ひょうめんがストレンジ物質ぶっしつでできていたならば、ストレンジ物質ぶっしつがゼロ気圧きあつ下かで安定あんていであることを示しめし、ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつを立証りっしょうする証拠しょうことなるであろう。しかし、中性子星ちゅうせいしせいの表面ひょうめんがストレンジ物質ぶっしつでできていることを示しめす強力きょうりょくな証拠しょうこは存在そんざいしない（後述こうじゅつ）。

この仮説かせつに対たいするもうひとつ論争ろんそうがある。もしこの仮説かせつが正ただしかったとすれば全すべての中性子星ちゅうせいしせいはストレンジ物質ぶっしつでできているはずであり、そうでなければストレンジ物質ぶっしつでできた星ほしは一ひとつもないはずである^[25]。もし最初さいしょは一部いちぶだけがストレンジ星ぼしであったとしても、衝突しょうとつなどによりストレンジレットは宇宙うちゅうに飛とび散ちるであろう。ストレンジレットはたった一ひとつでも中性子星ちゅうせいしせいをストレンジ物質ぶっしつに変かえることができるので、現在げんざいまでには全すべての中性子星ちゅうせいしせいがストレンジ星ぼしに変かわっているはずである。この議論ぎろんは未いまだに続つづいている^[26]^[27]^[28]^[29]が、もしそれが正ただしければ中性子星ちゅうせいしせいの地殻ちかくを調しらべることによりストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつを反証はんしょうできる可能かのう性せいがある。

ストレンジ物質ぶっしつ仮説かせつの重要じゅうようさゆえ、中性子星ちゅうせいしせいの地殻ちかくがストレンジ物質ぶっしつでできているか、通常つうじょうの物質ぶっしつでできているかを調しらべる試こころみが進行しんこう中ちゅうである。今いままでのところ、X線せんバースターは中性子星ちゅうせいしせいの地殻ちかくが通常つうじょうの物質ぶっしつであれば現象げんしょう論ろん的てきに説明せつめいがうまく通とおること^[30]と、マグネターの地震じしん波は観測かんそく^[31]から、通常つうじょうの物質ぶっしつでできていることが示唆しさされている。

登場とうじょうするフィクション[編集へんしゅう]

オデッセイファイブには加速器かそくきにより意図いと的てきに負まけに帯電たいでんしたストレンジレットを作つくって惑星わくせいを破壊はかいしようとするエピソードがある。^[32]
BBCのドキュメンタリドラマ（英語えいご版ばん）、『世界せかい沈没ちんぼつ』はニューヨークで粒子りゅうし加速器かそくきが爆発ばくはつし、ストレンジレットが生成せいせいして地球ちきゅうが滅ほろびるというシナリオを取とり上あげている。
ロバート・L・フォワードのIndistinguishable from Magic（英語えいご版ばん）所収しょしゅうの"A Matter most Strange"は加速器かそくきによるストレンジレット生成せいせいを扱あつかっている。
ダグラス・プレストン（英語えいご版ばん）の2010年ねんの小説しょうせつ、「Impact」はストレンジレットを作つくりだす異い星ほし人じんの機械きかいを扱あつかっている。この機械きかいによって生成せいせいされたストレンジレットが地球ちきゅうと月つきに衝突しょうとつし、貫通かんつうする。
2011年ねんに出版しゅっぱんされた、スティーブ・アルテン（英語えいご版ばん）による"Domain"三さん部ぶ作さくの最終さいしゅう編へんとなる小説しょうせつ"Phobos"は、LHCによりストレンジレットが意図いとせず生成せいせいされ、地球ちきゅうを破壊はかいする仮定かていの物語ものがたりである。
"The Arwen"では、通過つうか可能かのうなワームホールを作成さくせいするためにストレンジレットが用もちいられている。
ドナルド・E・ウェストレイクによる1992年ねんのブラックコメディ小説しょうせつ、"Humans"では、業ごうを煮にやした神かみが天使てんしを遣つかわし、粒子りゅうし加速器かそくきにストレンジレットを生成せいせいさせ、地球ちきゅうをクオーク星ぼしにすることでハルマゲドンをもたらす。
漫画まんが"The Hypernaturals"では、ショールの超ちょう能力のうりょくとしてストレンジレットを操あやつる能力のうりょくが描えがかれている。
2010年ねんの映画えいがアルマゲドン2012では、宇宙うちゅうから地球ちきゅうに迫せまりくるストレンジレットの脅威きょういが描えがかれる。
Hannu Rajaniemiによる小説しょうせつ"The Quantum Thief"とそれに続つづく三さん部ぶ作さくでは、ストレンジレットは主おもに武器ぶきとして描えがかれるが、火星かせいのテラフォーミング計画けいかくの一環いっかんとしてフォボスを「太陽たいよう」化かするためにも用もちいられている。

参照さんしょう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

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