年表_物理学/化学_21-Q1

高ｴﾈﾙｷﾞｰ加速器研究機構(KEK)

SLAC国立加速器研究所

日本

ｱﾒﾘｶ

2001

ｱﾒﾘｶ航空宇宙局

(NASA)

ｱﾒﾘｶ

MAP衛星(WMAP衛星)の打上げ

※COBE衛星の後継機

宇宙背景放射のゆらぎを観測したCOBE衛星の後継機となるMAP(Microwave Anisortropy Probe)衛星を打ち上げた。なお2002年に当ﾐｯｼｮﾝの科学研究ﾁｰﾑのﾊﾟｲｵﾆｱ的存在だった天文学者ﾃﾞﾋﾞｯﾄ･ｳｨﾙｷﾝｿﾝが亡くなったことから、彼の名を冠してWMAP(Wilkinson Microwave Anisortropy Probe,ﾀﾞﾌﾞﾙﾏｯﾌﾟ)衛星と改称された。

WMAP衛星は地球からの雑音を避けるため、地球と月の重力が適当に釣り合う場所(ﾗｸﾞﾗﾝｼﾞｭ点L2)に置かれ観測を始めた。

ｶﾘﾌｫﾙﾆｱ工科大学

ﾏｻﾁｭｰｾｯﾂ工科大学

ｱﾒﾘｶ

ｱﾒﾘｶ

LIGO、観測開始

1992年にｽﾀｰﾄしたLIGOﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄから10年後、実際に重力波の観測が始まった。LIGOはﾙｲｼﾞｱﾅ州のﾘﾋﾞﾝｸﾞｽﾄﾝとﾜｼﾝﾄﾝ州のﾊﾝﾌｫｰﾄﾞの2ヵ所に設置された。2台あることで重力波が飛来する方向をある程度割り出せる。初期(ｲﾆｼｬﾙLIGO)の重力波の感度は、7000万光年離れた場所の中性子星連星の合体による重力波を捉えられる程度であり、その天体現象は100年に1度の発生頻度である。

重力波の検出感度の指標となる装置の長さ(基線長)は約4kmと当時最大級であるが、重力波の検出感度を高めるには単に基線長を延ばせばよいわけではない。その基線長のﾒﾘｯﾄを最大限に活かせるようﾉｲｽﾞ(地面振動、熱雑音、量子雑音など)の原因を徹底的に洗い出すﾒﾝﾃﾅﾝｽ業務が肝心である。

【LIGOのｱｯﾌﾟｸﾞﾚｰﾄﾞと重力波の直接検出の成功】

2015年9月14日の重力波の検出成功までにLIGOは何度かｱｯﾌﾟｸﾞﾚｰﾄﾞしている。2002年当初はｲﾆｼｬﾙLIGO、2009年のﾚｻﾞｰ光源改良後はｴﾝﾊﾝｽﾄLIGO、2010年~2014年は運転停止し、2015年の検出器改良後はｱﾄﾞﾊﾞﾝｽﾄLIGOと呼ばれる。ｱﾄﾞﾊﾞﾝｽﾄLIGOが検出可能な天体現象は年間10回と発生頻度は飛躍的に上がり、数年の間に重力波を検出するだろうと予想されたが、実質的な稼働開始日(2015年9月12日)の2日後に検出成功した(※この時、感度調整中で目標感度の1/3程度で検出)。その後慎重にﾃﾞｰﾀ検証して翌年の2016年2月11日に発表された。

2003 

ｲﾗｸ戦争、勃発

ｱﾒﾘｶ航空宇宙局

(NASA)

WMAP衛星による宇宙背景放射のゆらぎの高精度観測

平坦な宇宙

2003年2月、2001年に打上げられたWMAP衛星により得られた宇宙ﾏｲｸﾛ波背景放射のゆらぎの高精度観測ﾃﾞｰﾀが発表された。その観測精度は1992年に先代機COBE(ｺｰﾋﾞｰ)で得られたﾃﾞｰﾀの30倍であり、ｲﾝﾌﾚｰｼｮﾝ時に仕込まれた宇宙の構造の種が、細かくはっきりと描き出された。

WMAPﾁｰﾑはｲﾝﾌﾚｰｼｮﾝ理論(1981年)の予言である宇宙が極めて平坦であるという結果も確認した。1980年代に発達した宇宙理論が、次第に観測的研究による検証の段階に進んでいる。

探査機はやぶさ、打上げ

※小惑星ｲﾄｶﾜへ

2003年5月9日、小惑星探査機を載せたM-V-5号機が打ち上げられた。ﾛｹｯﾄから分離された探査機ははやぶさと命名され、ｲｵﾝｴﾝｼﾞﾝで加速され小惑星ｲﾄｶﾜに向かった。姿勢制御のｱｸﾁｭｴｰﾀｰは化学ｴﾝｼﾞﾝ12基とﾘｱｸｼｮﾝﾎｲｰﾙ3基が搭載。当初は順調に姿勢制御が為されたが、1つのﾘｱｸｼｮﾝﾎｲｰﾙを除き全ての姿勢制御ｱｸﾁｭｴｰﾀｰが働かなくなった。

地球への帰還は絶望視されたが、回転運動の力学を駆使して、機体推進用のｲｵﾝｴﾝｼﾞﾝの燃料であるｷｾﾉﾝｶﾞｽを直接噴射したり、太陽光の圧力を利用して姿勢制御を行うことで、2010年6月18日、無事にｲﾄｶﾜの粒子ｻﾝﾌﾟﾙを携えて地球に帰還した。

全天25%の宇宙地図、完成

※ｽﾛｰﾝ･ﾃﾞｼﾞﾀﾙ･ｽｶｲｻｰﾍﾞｲ(SDSS)

ﾏｲｹﾙ･E.ﾌﾞﾗｳﾝ

ﾁｬﾄﾞｳｨｯｸ･A.ﾄﾙﾋｰｼﾞｮ

ﾃﾞｲｳﾞｨｯﾄ･L.ﾗﾋﾞﾉｳｨｯﾂ

ｱﾒﾘｶ

ｱﾒﾘｶ

ｱﾒﾘｶ

準惑星ｴﾘｽ(Eris)の発見

冥王星、準惑星へ降格

月面探査機かぐや(ｾﾚｰﾈ)打上げ

大型ﾊﾄﾞﾛﾝ衝突型加速器、稼働

世界最大のLHC加速器(Large Hadron Collider)が稼働開始。ﾌﾗﾝｽ･ｽｲｽの国境付近に位置し、円周長が約27km(山手線一周分)の地下100mに設置された加速器。陽子ｴﾈﾙｷﾞｰは7TeV。

※1993年に計画が頓挫したSSCよりは規模は小さい。

反水素原子の保持記録更新

※38個、0.2秒間保持

探査機はやぶさ、帰還

※小惑星ｲﾄｶﾜの砂を採取

東日本大震災、発生

(⇒大津波により福島第一原子力発電は壊滅)

理化学研究所

(RIKEN)

X線自由電子ﾚｰｻﾞｰ施設、完成

※後にSACLA(ｻｸﾗ)と命名

2011年6月、X線自由電子ﾚｰｻﾞｰ(XFEL,X-ray Free Electron Laser)施設が完成(後にSACLA(ｻｸﾗ)と命名)。X線自由電子ﾚｰｻﾞｰという光源を生み出す大元の弾となる自由電子の小集団(ﾊﾞﾝﾁ)は、ｾﾘｳﾑﾎﾞﾗｲﾄ金属を1500℃に加熱した電子ﾋﾞｰﾑとして得る。その全長400mの加速器は電子を光速近くまで加速させ、挿入光源(ｱﾝｼﾞｭﾚｰﾀが18個連結)に通して電子を揺さぶることで、極限まで溜め込んだ電子の運動ｴﾈﾙｷﾞｰ(と質量ｴﾈﾙｷﾞｰ)を波長の揃った放射光(X線自由電子ﾚｰｻﾞｰ)へ変換して取り出す。

Ｘ線自由電子ﾚｰｻﾞｰは、ﾚｰｻﾞｰと放射光のﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞで第5の光と呼ばれる。当然ながら、X線領域の波長なので観測対象は同程度の大きさのﾐｸﾛ世界(ｴﾈﾙｷﾞｰﾚﾍﾞﾙ)である。SACLAの光の強度は太陽光の10^19倍。この明るさは、月から地球上のｱﾘ1匹が見えるほどの超高解像度と、ﾋﾟｺ秒(100兆分の1秒)ｵｰﾀﾞｰで進む化学反応の瞬間を捉える超高速ｼｬｯﾀｰ速度(化学反応自体への影響も軽減)を可能にする。

ﾌﾞﾙｯｸﾍﾌﾞﾝ研究所

(BNL)

反ﾍﾘｳﾑ4原子核の合成

⇒反陽子2個+反中性子2個

※反ｱﾙﾌｧ粒子

反水素原子の保持記録更新

※6000個、16分間保持

2011年6月、CERNの施設で6000個程度の反水素原子を発生させ、約16分(1000秒)後に全て消滅した。

【反物質の物理的･化学的特性の検証】

反粒子の結合物(反物質)を長時間保持できれば、分光分析などでその物理的、化学的特性を検証できる。反粒子(反物質)は考えられているように電荷の符号のみが逆で、他の特性は同じなのか、そうした対称性は本当に保たれているのかを調べる必要がある。

ｱﾒﾘｶ航空宇宙局

(NASA)

火星探査機ｷｭﾘｵｼﾃｨ、打上げ

ｱﾒﾘｶ航空宇宙局

(NASA)

2013

ｱﾙﾏ望遠鏡、運用開始

※ﾁﾘ観測所

世界最小のｱﾆﾒｰｼｮﾝを作製

「A Boy and His Atom」

欧州宇宙機関

(ESA)

欧州宇宙機関は、2004年3月に打ち上げた彗星探査機ﾛｾﾞｯﾀを10年かけて火星軌道と木星軌道の間にあるﾁｭﾘｭﾓﾌ･ｹﾞﾗｼﾒﾝｺ彗星に接近させ、約20kmの高度から着陸機ﾌｨﾗｴを降下させることに成功した。これは彗星に人工物を着陸させた初の快挙である。

ﾛｾﾞｯﾀは彗星の地形の撮影だけでなく、彗星から吹き出すｶﾞｽや塵の成分分析を実施し、また着陸機ﾌｨﾗｴの方は地表ｻﾝﾌﾟﾙの採取や彗星の内部構造の探査を行っている。

※ﾛｾﾞｯﾀとは、1799年にﾅﾎﾟﾚｵﾝのｴｼﾞﾌﾟﾄ遠征軍がﾅｲﾙ河口のﾛｾﾞｯﾀで発見したﾛｾﾞｯﾀ･ｽﾄｰﾝに因む。

宇宙航空研究開発機構(JAXA)

探査機はやぶさ2、打上げ

※小惑星ﾘｭｳｸﾞｳへ

2014年12月3日、種子島宇宙ｾﾝﾀｰから小惑星1999JU3(後にﾘｭｳｸﾞｳと命名)を目標とした小惑星探査機はやぶさ2を載せたH-IIAﾛｹｯﾄを打ち上げた。

ｶﾘﾌｫﾙﾆｱ工科大学

ﾏｻﾁｭｰｾｯﾂ工科大学

ｱﾒﾘｶ

ｱﾒﾘｶ

LIGO(ﾗｲｺﾞ)、重力波を直接検出

※一般相対性理論の実証

※重力波天文学の始まり

ﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙ連星

2015年9月14日、米国のｱﾄﾞﾊﾞﾝｽﾄLIGO(ﾚｰｻﾞｰ干渉計重力波観測所)は重力波の直接検出に成功し、翌年の2016年2月11日に発表した。ちなみにｱﾄﾞﾊﾞﾝｽﾄLIGOは目標感度の1/3程度の調整段階での重力波の初検出となった。重力波はｱｲﾝｼｭﾀｲﾝがその存在を予言(1916年)し、その直接検出はｱｲﾝｼｭﾀｲﾝからの最後の宿題とされ、約100年後に達成された。

今回の重力波源は地球から13億光年離れた2個のﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙ連星の衝突合体により発生したため、重力波とﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙ連星の同時発見となった。2つのﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙ(太陽の29倍と36倍のﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙ)が合体して太陽の62倍の一つの巨大ﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙが誕生したことも分かった。純粋な質量の足し算(29+36=65)でないのは、差分の太陽3個分のｴﾈﾙｷﾞｰが重力波として外部へ持ち出されたことを意味する。異なる地点にある2台のLIGOの検出時差は0.007秒であり、大ﾏｾﾞﾗﾝ星雲に程近い方角に重力波源があることも分かった。※3台以上あればもっと方向精度を高められる。

LIGOは光の干渉現象を利用した極めて短距離を測定できる巨大な干渉計。そのﾓﾉｻｼの刻みは10^-21mほど。1天文単位(太陽と地球の距離、10^11mｵｰﾀﾞｰ)に対し、水素原子の直径(10^-10mｵｰﾀﾞｰ)が測定可能な精度である。

今回の重力波の直接検出は、一般相対性理論の正しさを示す最後の実証となった。今後は存在が証明された重力波の活用(重力波望遠鏡)に向けて研究が進められる。

【人工的発生させた重力波の検出は可能か】

長さ10m、重さ1t、秒速100回転の風車から発生する重力波は空間を10^-40mほど歪ませる。LIGOの検出下限は10^-21mｵｰﾀﾞｰなので検出不能。考えられる方法としては、ﾐﾆﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙを作って、それを光速に近いｽﾋﾟｰﾄﾞで回転させる技術開発が必要。

新元素ﾆﾎﾆｳﾑ(Nh)の発見が認定

※原子番号113

日本原子力研究開発機構

(JAEA)

日本

高速増殖炉もんじゅ、廃炉決定

高速増殖炉もんじゅの廃炉が決定される。

※高速増殖炉は高速中性子によりﾌﾟﾛﾄﾆｳﾑを増殖させ、核燃料に用いる原子炉

日本重力波追跡観測ﾁｰﾑ

(J-GEMﾁｰﾑ)

中性子星合体による重力波

国際天文学連合(IAU)

2018年10月29日、国際天文学連合(IAU)の電子ﾆｭｰｽﾚﾀｰが世界中に配信された。IAUﾒﾝﾊﾞｰの投票により、今後ﾊｯﾌﾞﾙの法則をﾊｯﾌﾞﾙ=ﾙﾒｰﾄﾙの法則とすることを推奨するとした。有権者1万1072名のうち4060名が投票、賛成78%、反対20%、棄権2%であった。

宇宙膨張の直接の証拠であるﾊｯﾌﾞﾙの法則は、1929年にﾊｯﾌﾞﾙの論文にて提唱された。しかし、その2年前の1927年にﾙﾒｰﾄﾙはﾌﾘｰﾄﾞﾏﾝが提唱(1922年)した宇宙膨張ﾓﾃﾞﾙを独立に提唱しており、その論文の中で公式に入手可能な観測ﾃﾞｰﾀからﾊｯﾌﾞﾙの法則(銀河の距離と赤方偏移(後退速度)の関係)と宇宙の膨張速度であるﾊｯﾌﾞﾙ定数を初めて示している。

※国際天文学連合は2006年8月に投票で、冥王星を準惑星へ格下げしている。

質量･電流･温度･物質量の単位の定義が改正

第26国際度量衡総会(2018年11月開催)では、国際単位系の基本7単位のうち質量(kg)、電流(A)、温度(K)、物質量(mol)の4つ単位の定義の改正が決定され、2019年5月に施行された。

※残りの3つの単位である長さ(m)、時間(s)、光度(ｶﾝﾃﾞﾗ:cd)は現状維持。

質量の再定義は130年ぶりとなる。特殊相対性理論による質量とｴﾈﾙｷﾞｰの等価式(E=mc^2)と量子論による光子ｴﾈﾙｷﾞｰの量子化(授受の最小単位)の式(E=hv)をつなげて、質量はm=hv･c^-2と表現される。ここで、光速度や光の周波数は時間の定義から導出されるため、質量の精度はﾌﾟﾗﾝｸ定数(h)の精度に紐付く。

ﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙｼｬﾄﾞｳの撮像

ﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙの存在実証

EHT(ｲﾍﾞﾝﾄ･ﾎﾗｲｽﾞﾝ･ﾃﾚｽｺｰﾌﾟ)という国際電波望遠鏡ﾈｯﾄﾜｰｸが、地球から5500万光年かなたのM87銀河中央のﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙを捉えた。通常、銀河中央にあるﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙの周りには超高温で輝くｶﾞｽがあるため、影絵のようにﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙを浮かび上がらせる。このﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙｼｬﾄﾞｳの観測でもってﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙの存在証明となるが、見かけの大きさが極めて小さく、地球から最も観測しやすいものでも約40μ秒角度であり、月の視直径の5000万の1ほどしかない。この難題を突破したのがEHTであり、世界各地のﾐﾘ波電波望遠鏡をVLBIという技術で合成し、口径10000km相当(地球直径の約12700kmより小さめ)の電波望遠鏡の解像度を実現した。

※国立天文台(NAOJ)の記事はこちら。

中共

理化学研究所

(RIKEN)

香取秀俊

日本

日本

可搬型光格子時計

cmｵｰﾀﾞｰでの時空の歪みを検出

時空の定常的な歪みの存在を累積時間差で検出

宇宙誕生(138億年前)から一秒の狂いも生じない正確な時計とされる光格子時計(あるいは重力計)の可搬型を作製。時間を正確に測れる性能を利用して、2地点間の重力場の僅かな違いから生まれる時間の進むﾍﾟｰｽの差を検出。

可搬型の光格子時計は、東京ｽｶｲﾂﾘｰの地上階と展望階の2地点に置かれた。1日の時計の進むﾍﾟｰｽの時間差は4.26ﾅﾉ秒(重力が大きい地上側が時間がゆっくり進む)であり、逆算される高低差は452.603m。実際にﾚｰｻﾞｰで距離を測ると452.596mと僅差であった。可搬型装置でも従来の実験室と同程度の性能を発揮できることが確認された。

国連地質科学連合(IUGS)

地質年代ﾁﾊﾞﾆｱﾝ、命名

日本

探査機はやぶさ2、帰還

※小惑星ﾘｭｳｸﾞｳの砂を採取

東京大学宇宙線研究所(ICRR)

高ｴﾈﾙｷﾞｰ加速器研究機構(KEK)

国立天文台(NAOJ)

日本

日本

日本

大型低温重力波望遠鏡(LCGT)、観測開始

※愛称はKAGRA(ｶｸﾞﾗ)

岐阜県の神岡鉱山にあるKAGRA(大型低温重力波望遠鏡(LCGT))が観測を開始。KAGRAという愛称は神岡のKAと重力波のGRAを組み合わせたもの。KAGRAの基線長はLIGO(米国)やVIRGO(欧州)と4kmと比べて3kmと短いが、観測精度の面で以下の独自ﾒﾘｯﾄ①~③が期待される。

①:地下100mに設置し、低周波数帯の地面振動ﾉｲｽﾞが2桁小さい。

②:ﾚｰｻﾞｰ反射鏡に冷却ｻﾌｧｲｱ(8K程度)を使用し、中周波数帯の熱ﾉｲｽﾞを低減。

③:ﾎﾓﾀﾞｲﾝ検波による標準量子限界の突破(低周波数帯の量子ﾉｲｽﾞの低減)。

ｱﾒﾘｶ航空宇宙局(NASA)

ｱﾒﾘｶ海洋大気庁(NOAA)

ｱﾒﾘｶ

ｱﾒﾘｶ

太陽活動周期が第25期に突入

と発表

NASAとNOAAは、太陽活動周期(平均して約11年周期)が2019年12月頃に第24期が終了し、第25期が新たに始まったことを発表した。太陽黒点の活動状況は、黒点数を指数化した黒点相対数をもとに判断され、2019年12月頃から底値となり、今後2025年頃に第25期におけるﾋﾟｰｸを迎えると予測される。実際に25期に突入したと発表したのは2020年9月15日であり、約9ヵ月間は底値から上昇基調となるか判断する期間であった。

※黒点の磁場の観点から言えば、太陽活動周期は22年周期であり、前半11年と後半11年で太陽の北半球と南半球の磁場極性が反転する。

東京大学宇宙線研究所

(ICRR)

高ｴﾈﾙｷﾞｰ加速器研究機構(KEK)

大強度陽子加速器施設

(J-PARK)

日本

日本

日本