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理論グループは、様々な角度から素粒子と宇宙とに関する理論的研究を行っています。
素粒子の研究では素粒子間に働く力が問題となります。この力には、電磁気力、弱い力、強い力、重力、の4つのあることが分かっていましたが、このうち電磁気力と弱い力とは同じ力だと判明し統一されました。これを「統一理論」と呼びます。現在はさらに、強い力も加えた
3つの力を統一する「大統一理論」が提唱されています。この「大統一理論」は、今まで安定であると考えられていた陽子も実は不安定で壊れてしまう、と予言しています。理論グループでは、大統一理論から予言される陽子崩壊等のさまざまな現象を、理論的に研究しています。
また、素粒子は高エネルギーでは非常に高い対称性を持つと考えられています。中でも注目されているのが超対称性と呼ばれる対称性です。理論グループではこの超対称性を持った素粒子のモデルについての研究も、重要なテーマにしています。
宇宙については、主に初期宇宙を対象として研究しています。我々の宇宙は今から約 150億年前にビッグバンの大爆発で誕生したと考えられています。その誕生直後の宇宙は地球上ではとうてい再現できない高温高密度状態で、様々な素粒子が光速で飛び回っており、素粒子の4つの力もまだ分かれていないまさしく大統一理論そのものの世界です。そこには高い対称性もあるはずです。今まで発見されていない粒子もあったかもしれません。理論グループでは、初期宇宙における素粒子の相互作用やそれが宇宙に与える影響を考えることによって、宇宙論と素粒子論とを検証しようとしています。
また、宇宙はビッグバンの火の玉宇宙のあと次第に冷却を始めますが、それに伴って何度か真空が相転移（水が氷に変わるような現象）を繰り返したと考えられます。そのとき宇宙にはモノポールや宇宙ひもが残った可能性があります。宇宙ひもとは宇宙スケールの長さを持った細い線状の異物です。この宇宙ひもの発生と消滅とは、宇宙論の重要な研究テーマです。
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| 図1 |
宇宙初期において素粒子の対称性が破れる際に出来る宇宙ひものシュミレーション。時間とともに左図から右図へと進化する。 |
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