CERN、クォーク・グルーオン・プラズマが完全な液体として振る舞うことを実証

欧州原子核研究機構（CERN）の科学者チームは、ビッグバン直後に存在した原始的な物質の状態であるクォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）が、極めて一貫性のある液体として振る舞うことを決定的に実証した。この成果は、物質の最も初期の相に関する物理学の長年の議論に終止符を打つものであり、スイスのジュネーブ近郊にあるCERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）内で実施された実験に基づいている。

研究者たちは、LHCの27キロメートルに及ぶ円形加速器内で重い鉛イオンを光速に近い速度で衝突させ、宇宙初期の極限状態を再現した。この発見の核心は、高速で移動するクォークがQGPを通過する際に生じる測定可能な「航跡（ウェイク）」の観測にある。この航跡は、水面をボートが通過した際に残るさざ波に類似しており、QGPが個々の粒子の無作為な散乱ではなく、単一の流体として振る舞い、通過する粒子に反応することを示す直接的な証拠となる。

マサチューセッツ工科大学（MIT）の物理学教授であるYen-Jie Lee氏が率いる研究チームがこの発見を主導した。Lee教授は、プラズマが十分に高密度であるため、エネルギーを持つクォークを減速させ、液体特有の飛沫や渦を発生させることを確認したと述べている。この分析は、CMS検出器を用いて、中性Zボソンと反対方向に移動するクォークの事象を特定することに焦点を当て、約130億回の衝突から得られた約2,000のZボソン事象を精査した結果として得られた。

QGPは、クォークとグルーオンが冷却されて陽子と中性子を形成する前に存在した、宇宙で最初に形成された最も高温の液体と見なされている。先行研究では、QGPは内部摩擦が極めて低い「ほぼ完全な液体」である可能性が示唆されていた。MITの物理学者Krishna Rajagopal氏らが開発したハイブリッドモデルは、プラズマを通過するクォークのジェットが媒体を引っ張り、流体的な航跡を残すことを理論的に予測しており、今回の実験結果はこれを実証した形となる。

この研究の技術的側面では、LHCの一般目的の粒子検出器の一つであるCMS（コンパクト・ミューオン・ソレノイド）検出器が重要な役割を果たした。この分析は、Zボソンを中性タグとして利用し、その方向を基準座標系としてクォークの応答を分離する新しい手法を導入した。この発見は、宇宙の最も初期の瞬間における物質の基本的な性質に関する議論を解決する重要なマイルストーンである。

将来的な研究では、この新しい分析技術をより大規模なデータセットに適用し、航跡が広がる範囲や減衰する速度を抽出し、粘性や音速といったQGPの輸送特性をより詳細に決定することが計画されている。これらの特性は、初期宇宙がどのように膨張し冷却したかのシミュレーションを改善するのに役立つ。この分野の進展は、2026年3月22日から27日にカリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）で開催されるSQM2026（クォーク物質におけるストレンジネスに関する第22回国際会議）などの場で議論される予定である。