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今日からモノ知りシリーズ
トコトンやさしい宇宙線と素粒子の本

定価(税込)  1,620円

著者
サイズ A5判
ページ数 160頁
ISBNコード 978-4-526-07793-7
コード C3034
発行月 2018年01月
ジャンル ビジネス

内容

宇宙線とは、宇宙空間を飛びまわっている原子核や素粒子などの粒子。ノーベル賞でも、素粒子理論や宇宙線・ニュートリノ実験に関して日本人が受賞。さらに「重力波」や話題の「超ひも理論」といった数々の宇宙の謎に迫る研究が進められている。この大注目の宇宙線(素粒子)について、トコトンやさしく解説する。

山﨑耕造  著者プロフィール

(やまざき こうぞう)
1949年 富山県生まれ。
1972年 東京大学工学部卒業。
1977年 東京大学大学院工学系研究科博士課程修了・工学博士。
名古屋大学プラズマ研究所助手・助教授、核融合科学研究所助教授・教授を経て、2005年4月より名古屋大学大学院工学研究科エネルギー理工学専攻教授。その間、1979年より約2年間、米国プリンストン大学プラズマ物理研究所客員研究員、1992年より3年間、(旧)文部省国際学術局学術調査官。
2013年3月 名古屋大学定年退職。

現在 名古屋大学名誉教授、
自然科学研究機構核融合科学研究所名誉教授、
総合研究大学院大学名誉教授。

●主な著書
「トコトンやさしいプラズマの本」、「トコトンやさしい太陽の本」、「トコトンやさしい太陽エネルギー発電の本」、「トコトンやさしいエネルギーの本 第2版」(以上、日刊工業新聞社)、「エネルギーと環境の科学」、「楽しみながら学ぶ物理入門」、「楽しみながら学ぶ電磁気学入門:(以上、共立出版)など。

目次

第1章 宇宙線はどこからきているの?
1 宇宙線とは?「宇宙からの放射線」
2 放射線はどのように発見されたか?「レントゲンのⅩ線とベクレルの放射能」
3 宇宙線の発見者は誰か?「ヘスによる気球での観測」
4 宇宙線と放射線とはどう違うの?「宇宙からの自然放射線」
5 宇宙線は目で見える?「霧箱とスパークチェンバー」
6 宇宙線のエネルギーは?「単位は電子ボルト」
7 宇宙線はどこからくる?「太陽風と銀河風」
8 宇宙線は何でできている?「電磁波説と粒子説」
9 宇宙線による元素生成とは?「宇宙線による核破砕反応」

第2章 ノーベル賞でも注目された素粒子の発見
10 素粒子とは?「クォークと電子」
11 素粒子を分類する!「標準理論」
12 宇宙線から新粒子の発見!「陽電子、ミュー粒子、パイ中間子」
13 素粒子間の力は?「強い力と弱い力」
14 反粒子とは?「電荷が逆の粒子」
15 ニュートリノは幽霊粒子?「ベータ崩壊」
16 CP対称性の破れとは?「粒子と反粒子との入れ替え」
17 ミュー粒子は地上に降り注ぐ?「透過力大」
18 ヒッグス粒子は発見された!「質量を与える粒子」

第3章 どうして起こる銀河宇宙線
19 銀河宇宙線はどこから?「超新星残骸(SNR)」
20 どうして超新星は爆発する?「重力崩壊」
21 中性子星・パルサーと宇宙線の関係は?「太陽風、恒星風、パルサー風」
22 宇宙線粒子は加速される?「フェルミ加速」
23 GZK限界とは何か?「宇宙マイクロ波背景放射の作用」
24 宇宙線の最高エネルギーは?「最高エネルギー宇宙線(EECR)」

第4章 太陽宇宙線とニュートリノのふしぎ
25 太陽宇宙線とは?「太陽風と太陽表面爆発」
26 太陽の構造は?「巨大な核融合プラズマ」
27 太陽活動は11年周期で変化する?「黒点数の変化」
28 コロナはなぜ外側ほど高温か?「磁気リコネクションによる加速」
29 太陽フレアはどうして起こる?「コロナ質量放出(CME)」
30 スーパーフレアは起こりえる?「キャリントンフレア」
31 太陽ニュートリノの謎とは?「ニュートリノ振動」
32 太陽活動が銀河宇宙線を変化させる?「フォーブッシュ減少」

第5章 放射線帯の構造を見てみよう
33 放射線帯とは?「発見者バン・アレン博士」
34 放射線帯はどのように作られるのか?「サイクロトロン運動」
35 放射線帯は2重構造なのか?「陽子は1重、電子は2重」
36 放射線帯粒子が大量に届く場所は?「南大西洋異常帯(SAA)」
37 他の惑星にも放射線帯はあるのか?「木星、土星、天王星、海王星」

第6章 2次宇宙線を観測する
38 2次宇宙線とは?「1次宇宙線が大気原子に衝突」
39 空気カスケードシャワーとは?「核子カスケードと電磁カスケード」
40 パイ中間子とミュー粒子の違いは?「π中間子、K中間子からμ粒子へ」
41 地球磁場が宇宙線を弾く?「カットオフ・リジディティ」
42 地上と宇宙での宇宙線観測「TA実験とγ線宇宙望遠鏡」

第7章 宇宙線が地球に与える影響
43 自然放射線と宇宙線被曝「自然放射線と人工放射線」
44 宇宙線の等価線量とは?「吸収線量(Gy)と等価線量(Sv)」
45 ジェット旅客機での宇宙線は?「高度効果と緯度効果」
46 国際宇宙ステーション(ISS)での宇宙線は?「高度4000kmの上空」
47 火星旅行での宇宙線は?「ホーマン軌道と準ホーマン軌道」
48 火星滞在とテラフォーミングとは?「惑星の地球化計画」
49 地球温暖化に宇宙線が影響する?「スベンスマルク効果」
50 生物種の絶滅は宇宙線に関連する?「ガンマ線バースト(GRB)」

第8章 宇宙線・素粒子の防御と利用
51 宇宙の環境は厳しい?「無重力、超高真空、強放射線」
52 宇宙線による社会システムへの影響は?「太陽風と宇宙嵐」
53 放射線防護と宇宙線被ばく削減法は?「遮蔽、距離、時間」
54 宇宙飛行士の宇宙線量制限値は?「生涯実効線量制限値」
55 ミュー粒子を利用する?「ミュオンラジオグラフィ」
56 ミュオンが巨大構造物を検査する?「火山・ピラミッド透視、原子炉内部検査」

第9章 未知の宇宙線・素粒子と宇宙の謎
57 モノポール(磁気単極子)を探す?「電気と磁気の違い」
58 世紀の大発見:重力波が発見された!「アインシュタイン最後の宿題」
59 超対称性粒子はなぜ必要か?「ボソンとフェルミオンとの入れ替え」
60 グラビトン(重力子)とは?「5次元膜宇宙」
61 超光速粒子は存在するか?「ターディオンとタキオン」
62 超ひも理論と膜宇宙とは?「プランク長さのひもと時空の膜」
63 暗黒物質とは?「強重力としてのダークマター」
64 暗黒エネルギーとは?「反重力のエネルギー」
65 マルチバースと反宇宙とは?「多元宇宙と反物質」

コラム(科学と映画)
コラム1:宇宙はどこまで広がっている? SF映画「スター・ウォーズ」
コラム2:物質の起源と生命の起源は? SF映画「プロメテウス」
コラム3:スーパーフレアで人類は死滅する? SF映画「ノウイング」
コラム4:宇宙人と交信する? SF映画「コンタクト」
コラム5:重力と地磁気が地球を守っている? SF映画「ゼロ・グラビティ」
コラム6:2025年、人類は火星に旅行できる? SF映画「オデッセイ」
コラム7:恒星間航行はできる? SF映画「アバター」
コラム8:タイムトラベルはできる? SF映画「タイムマシン」
コラム9:宇宙は1つではない? SF映画「インターステラー」

はじめに

はじめに


 地球には銀河や太陽などの宇宙からのさまざまな放射線=宇宙線が飛来し、私たちの体を透過しています。「宇宙線」はエネルギーの高い粒子線や電磁波でできています。これらの宇宙線の起源やその飛来について、地上や宇宙での望遠鏡による詳細な観測や理論構築により、宇宙線物理学が発展してきました。
 高エネルギーの宇宙線からはこれまでに新しい素粒子も見つかっています。「素粒子」とは内部構造を持たない究極の粒子です。詳細な理解のために、巨大加速器実験や標準理論の構築も行われ、素粒子物理学も発展してきました。
 本書では、「宇宙線」と「素粒子」とについての基礎を1~2章でやさしく解説します。宇宙線・素粒子に関しては歴史的にも日本の貢献は大きく、素粒子理論に関して湯川秀樹、朝永振一郎、小林誠・益川敏英博士がノーベル物理学賞を受賞しており、宇宙線・ニュートリノ実験に関しては小柴昌俊、梶田隆章博士の2人が受賞しています。
 銀河宇宙線の起源は星の最後としての超新星爆発の残骸と考えられており、太陽からは太陽風とフレアと呼ばれる太陽表面爆発時の放射線があり、これらの粒子が地磁気につかまってできた放射線帯や、地球の大気中で変化した2次宇宙線もあります(3~6章)。
 地球は地磁気と大気により宇宙線から守られてきましたが、宇宙線は国際宇宙ステーションの航行や近未来の火星旅行計画にも悪い影響を及ぼします、太陽フレアの影響も多大です。宇宙線と素粒子の防護とそれらの応用も社会生活に役立っています(7~8章)。
 未知の宇宙線や素粒子もあります。2016年に初めて観測された重力波も広い意味での宇宙線といえますが、2017年10月には米国の関連研究者3名にノーベル物理学賞が授与されています。今後、未知の物質・エネルギーとしての暗黒物質・暗黒エネルギーの解明と宇宙像の解明が進むことを期待したいと思います(9章)。
 それでは、まずは宇宙線・素粒子とは何かを考え、銀河宇宙線、太陽宇宙線、放射線帯、そして、2次宇宙線を考えます。さらに、宇宙線・素粒子の影響と防護・応用、そして、未知の宇宙線・素粒子について、順にやさしく述べていきましょう。

2017年12月吉日 
山﨑耕造 

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