物理学者たちは、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、物質の最も基本的なレベルでの振る舞いに関するこれまでの仮定に異議を唱えています。ヘンリク・ニエヴォドニツァンスキ核物理研究所ポーランド科学アカデミーの研究者たちは、2026年1月5日、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）からのデータが、これらの衝突の前後でエントロピーレベルに驚くべき一貫性を示していることを発表しました。

ほぼ光速で移動する陽子が衝突する際に発生するこの衝突は、クォークとグルーオンの短命で極めて高密度の状態を作り出し、しばしば基本的な粒子の「沸騰」する海として記述されます。この状態は急速に冷却され、衝突点から流れ出る通常の粒子に変換されます。科学者たちは、この移行が系の無秩序さ、つまりエントロピーを大幅に変えるだろうと予想していました。

しかし、LHCのデータは、相互作用するクォークとグルーオンのエントロピーが、結果として生じる粒子のエントロピーとほぼ同一であることを示しました。この発見は、古典物理学に基づく予想に反して、プロセス内に隠された秩序があることを示唆しています。

「一見すると、この極限的な環境は秩序とはかけ離れているように見えます」と、同研究所はプレスリリースで述べています。「しかし、新たに改良された衝突モデルは、古いモデルよりも実験結果とよく一致し、エントロピーがプロセス全体を通して変化しないことを明らかにしています。」

研究者らによると、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す。原子および亜原子レベルでの物質の振る舞いを支配する理論である量子力学は、古典的な直感に反する直感に反する現象をしばしば生み出します。

より洗練されたアルゴリズムと計算能力を組み込んだ改良された衝突モデルは、陽子衝突内で発生する複雑な相互作用をより正確に表現します。このモデルにより、物理学者はより高い精度でデータを分析し、以前は隠されていた微妙なパターンを明らかにすることができます。

この発見の意義は、素粒子物理学の領域を超えて広がります。極限状態における物質の振る舞いを理解することは、初期宇宙、中性子星の形成、その他の天体物理学的現象に関する知識を進歩させるために不可欠です。さらに、より正確な衝突モデルの開発は、人工知能と機械学習の進歩につながる可能性があります。これらの衝突をシミュレートするために使用される複雑なアルゴリズムは、金融、天気予報、創薬などの分野で、計算負荷の高い他の問題を解決するために応用できます。

この発見はまた、科学研究における理論モデルと実験データの間の継続的な相互作用を強調しています。スイスのジュネーブにあるCERNに設置されたLHCは、理論物理学の予測を検証し、宇宙に関する私たちの理解の限界を押し広げるためのユニークな実験室を提供します。

研究者たちは、衝突モデルをさらに改良し、LHCからの追加データを分析して、これらの高エネルギー衝突で作用する量子プロセスをより深く理解することを計画しています。亜原子世界の継続的な探求は、現実の本質についてさらに驚くべき、そして根本的な洞察を明らかにすることを約束します。