本記事は The Conversation との協力により掲載されています。
生命の起源から宇宙の行く末まで、科学者にもまだわからないことは山ほどあります。しかし、研究は前進しています。2015年は科学にとって素晴らしい年でした。気候変動に関する合意の成立、準惑星の写真、そして火星における流水の証拠が見られました。
では、2016年に何が起こるのでしょうか。解明されうる大きな科学の謎はあるのでしょうか。3人の専門家に予測を求めました。
1. 物理学の「標準模型」の先には何があるのか？
大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、すでに ヒッグス粒子の発見 （2012年）により、課題の一つを達成しています。2015年には、数年間の改良を経てLHCが「Run 2」を開始し、現在は従来のほぼ2倍のエネルギーで陽子同士を衝突させています。今月、最初の実験により 新粒子の兆候が明らかになりました。
これは「超対称性」の兆候かもしれません。「超対称性」は、 標準模型 （素粒子世界に関する現在の最有力理論）における各粒子に、より重い超パートナーが存在すると提唱する理論です。超対称性は重要です。それは、「ダークマター」が何であるかや、物理法則が私たちの周りの世界を生み出すように微調整されているように見える理由など、物理学における多くの根本的な謎を説明しうるからです。ただし、この新粒子は隠れた次元、第2のヒッグス粒子の兆候である可能性や、あまり興奮しすぎる前に言えば誤報である可能性もあります。確実なことを知るには、2016年にさらなるデータを待つ必要があります。
2. さらに元素を創り出すことはできるでしょうか？
1930年代以降、科学者たちは粒子同士を衝突させて新たな原子を生成することで、人工元素を作り出してきました。現在、約24の人工元素が知られており、周期表は、まだ名称が決まっていない 元素118まで広げています。最近の 117番元素の合成 と、直近に発見された4元素の 正式な認定 により、既知の周期表における残りの空白はすべて埋まりました。
科学者たちは周期表をさらに拡張する試みを続けており、 120番以上の元素の合成を目指しています。ただし、元素122が発見されたという示唆は 的外れと思われます。近年の進展の多くは、中性子過多の同位体カルシウム48を「原子核の弾丸」として、別の重い原子核に撃ち込み、新元素を生成するものでした。 今後の成功には、 より重い標的原子ではなく、さらに重い原子を弾丸として用いることが含まれる可能性があり、また、より優れた原子核加速器が利用できるかどうかにも左右されるかもしれません。多くの人工元素が急速に崩壊するのとは異なり、新たな重い元素の一群が 「安定の島」に存在しうると期待されています。
3. 「ダークマター」とは何か？
ダークマター は、宇宙のいたるところに存在するように見える謎の物質で、恒星や惑星、そして私たち自身を形作る通常の物質の5倍の量があります。それでも、これまでのところ、星や銀河に及ぼす重力の影響という天文観測を通じた間接的な証拠しか得られていません。より直接的な測定ができるようになるまで、その正体や素粒子物理学の標準模型とどう整合するのかは、確かにはわかりません。
大型地下キセノン実験（LUX）などの専用実験は、 ダークマターの候補を直接検出しようとしており、精度の新たな水準に達しつつあります。その候補は、地球上の通常の物質と相互作用する「弱く相互作用する大質量粒子」として知られています。そのため、2016年は、この謎の物質をついに実験室で捉えられる年となるかもしれません。
4. 火星（またはほかの惑星）に生命は存在するか？
地球では、砂漠の真ん中であれ、深海の熱水噴出孔であれ、水がある場所には必ず生命が見つかります。したがって、別の惑星に水があれば、そこにも生命が存在する可能性があるということになります。近年の火星探査により、火星への理解は大きく深まり、火星にはかつて 水に満ちた過去 があったこと、そしてより最近では、現在も 塩分を含む流水があることが明らかになっています。
火星の研究が続く一方で、 ジュノー探査機 は、2016年に木星にどれほどの水があるのかを調べる予定です。生命を発見するための有力候補のもう一つは、土星の衛星エンケラドゥスかもしれません。同衛星は氷の地殻を持っていますが、最近、間欠泉が 水蒸気を噴出していることが判明したため、地球以外で太陽系内において生命を含む可能性がより高い場所の一つとなっています。
5. 重力波は存在するのか？
マクスウェル方程式が電気と磁気の理論から光などの電磁波の存在を予言したように、アインシュタインの一般相対性理論は、時空という布の中のさざ波である重力波の存在を予言しています。しかし、この理論の100周年を2015年に迎えたにもかかわらず、私たちは、 重力波をまだ一度も観測できていません。主な理由は、それらが非常に小さいことにあり、 Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) は、これらの波によって生じる、陽子（中性子とともに原子核を構成する粒子）の1万分の1ほどの小さなずれを、4キロメートルの距離にわたって検出しようとしています。
LHCと同様に、LIGOの検出器は2015年に大規模な改良を経て再稼働し、1週間もたたないうちに ある発見をめぐる噂が 飛び交いました。LIGO自身からの公式発表はまだありませんが、2016年は、アインシュタインが再び正しかったと確認できる年となるかもしれません。
6. ビッグフットは実在するのか？
技術の進歩により、噂されている動物や、これまで一度も発見されていない動物を、より慎重に探し出せるようになっています。トレイルカメラ、すなわちカメラ「トラップ」は、赤外線ビームが遮断されると遠隔で作動する小型カメラで、人の関与なしに長期間現場に設置しておくことができます。こうした装置は、希少で捕まえにくい動物の監視のため、野生動物研究でますます使われており、その例がアムールヒョウ（Panthera pardus orientalis）で、 62年ぶりに中国で初めて確認されました。
UAV（無人航空機）、いわゆる「ドローン」も、上空から立ち入りが困難な地域を調査するため、野生動物研究での利用が増えています。例えば、カナダの研究では、クマがガチョウやその卵などの食料源を利用するようになっていることがわかりましたが、これは、おそらく 北極圏の気候変動の結果と考えられます。こうしたUAVは、ビッグフットの生息地と思われる場所（または、疑われるいずれかの動物の生息地）の上空を飛行させ、何らかの姿をカメラに捉えることを期待できます。
本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解への支持を意味するものではありません。
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著者：Gavin Hesketh は、UCL（ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン）の素粒子物理学におけるロイヤル・ソサエティ大学研究フェロー兼講師です。Louise Gentle は、ノッティンガム・トレント大学の行動生態学の上級講師です。Simon Cotton は、バーミンガム大学の化学の上級講師です。
画像：大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の一部である、A Large Ion Collider Experiment（ALICE）実験の全体像。REUTERS/Pierre Albouy.
