ポーランド科学アカデミーのヘンリク・ニエヴォドニチャンスキ核物理研究所が2026年1月5日に発表した研究によると、物理学者は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）における高エネルギー陽子衝突という一見混沌とした環境の中に、予想外の秩序を発見しました。この研究は、衝突後のクォークとグルーオンが通常の粒子に移行するという従来の仮説に異議を唱え、エントロピー、つまり無秩序の度合いがプロセス全体を通して一定に保たれることを明らかにしています。

この発見は、LHCからの実験データをより正確に反映した、改良された衝突モデルに由来しています。研究者らは、クォークとグルーオンの高密度で沸騰した状態から通常の粒子への移行が、系のエントロピーを変化させると予想していました。しかし、新しいモデルは、相互作用するクォークとグルーオンのエントロピーが、衝突から生じるハドロン（複合亜原子粒子）のエントロピーと実質的に同一であることを示しています。

「この予想外の結果は、量子力学が作用している直接的な証拠であることが判明しました」と、同研究所は発表で述べています。エントロピーが一定であることは、量子力学がこれらの高エネルギー相互作用において、これまで考えられていたよりも重要な役割を果たしていることを示唆しています。

LHCで発生するような高エネルギー陽子衝突は、物質の基本的な構成要素であるクォークとグルーオンが、一時的に陽子から解放される極端な環境を作り出します。これにより、短寿命の仮想粒子を含む、渦巻く粒子の海が生まれます。このプロセスを理解することは、自然の基本的な力と物質の構造を探求するために不可欠です。

改良された衝突モデルは、高度なアルゴリズムと計算技術を組み込んで、陽子衝突内の複雑な相互作用をシミュレートします。これにより、物理学者はより高い精度でデータを分析し、以前は不明瞭だった微妙なパターンを特定できます。モデルが実験データと非常に密接に一致するという事実は、エントロピーが変化しないという結論を強く裏付けています。

この発見の意義は、基礎物理学にとどまりません。高エネルギー衝突のダイナミクスを理解することは、材料科学や原子力などの他の分野の進歩に潜在的に役立つ可能性があります。これらの複雑なシステムを正確にモデル化する能力は、高度なAIアルゴリズムに大きく依存しており、シミュレーションの精度と効率を向上させるために継続的に改良されています。

研究者らは、衝突モデルをさらに改良し、他の高エネルギー物理学実験における一定のエントロピーの意義を探求する予定です。また、これらの混沌とした環境の中で秩序を維持する上での量子エンタングルメントの役割を調査することも目指しています。現在進行中の研究は、宇宙を支配する基本的な法則と、最も基本的なレベルでの物質の挙動を形作る量子力学の役割について、さらなる光を当てることを約束します。