この物語 のオリジナル版はQuanta Magazineに掲載されました。
ルイス・キャロルの1871年の小説『鏡の国のアリス』に登場する架空のアリスは、不思議の国での冒険の後、暖炉の上の鏡を通り抜け、鏡に映る世界が自分の世界とどう違うのかを知ります。アリスは、鏡の中の世界はすべて逆さまに書かれており、人々は「逆向きに生きている」、つまり原因よりも結果が先行する世界を生き抜いていることを発見します。
鏡に映った物体が違って見える場合、科学者はそれをキラルと呼びます。例えば、手はキラルです。アリスが鏡に映った自分の姿と握手しようとしているところを想像してみてください。鏡の世界では右手が左手になってしまいますが、指が逆方向に曲がってしまうため、握手のために両手を完璧に揃えることはできません。（ちなみに、「キラリティ」という言葉はギリシャ語で「手」を意味する言葉に由来しています。）
アリスの経験は、私たちの宇宙の奥深い側面を反映しています。鏡を通して見れば、すべてが同じではないのです。分子から素粒子に至るまで、多くの身近な物体の振る舞いは、私たちがどの鏡像と相互作用するかによって変わります。
ミラーミルク
『鏡の国のアリス』の冒頭で、アリスは猫のキティを鏡の前に立たせ、向こう側へ突き落としてやると脅します。「あそこでミルクをくれるかしら？鏡の国のミルクは飲まなきゃダメかも」とアリスは言います。
アリスは何かに気づいていた。この本が出版される20年以上前、ルイ・パスツールは期限切れのワインを使った実験で、ある種の分子がキラルであることを発見した。キラル分子は、重ね合わせることのできない、左手型と右手型の明確な構造をとることがある。パスツールは、キラル分子はすべて同じ成分から成りながらも、鏡像体として異なる化学的機能を果たすことを発見した。
先駆的なフランスの化学者であり微生物学者であったルイ・パスツールは、1840 年代後半に生体分子のキラリティーを発見しました。
写真: スミソニアン協会図書館牛乳に含まれる糖である乳糖はキラルです。どちらの型も合成可能ですが、生物が生成・消費する糖は常に右手型です。実際、私たちが知る生命は右手型の糖のみを使用しています。だからこそ、DNAの遺伝子階段は常に右にねじれているのです。この「ホモキラリティ」の根源は、生命の起源を曖昧にする最大の謎の一つです。
キティは鏡像ミルクを消化できなかったはずだ。さらに悪いことに、もしそこに逆利きのバクテリアが含まれていたとしたら、キティの免疫システムと抗生物質は対抗できなかっただろう。著名な科学者グループが最近、この理由から鏡像生命体の合成に警鐘を鳴らした。もし実験室から逃げ出せば、通常の生命体の防御機構をすり抜けてしまう可能性があるからだ。
縮小
ウサギの穴をさらに深く進んでいくと、素粒子に至るまでキラリティーの痕跡が見られます。
パスツールの分子に関する研究は、オーギュスタン＝ジャン・フレネルによる以前の発見に基づいていました。フレネルは1822年、異なる石英プリズムが光の電場を時計回りまたは反時計回りのどちらかの方向に回転させることができることに気づきました。もしそれぞれの光粒子が通過後に煙の軌跡を残すことができるとしたら、一方のプリズムからは右巻きの煙の螺旋が、もう一方のプリズムからは左巻きの煙の螺旋が出てくるはずです。
今日、物理学者はカイラリティを、電荷や質量と同様に、すべての素粒子の基本的な性質であると考えています。質量を持たない粒子は常に光速で移動し、また、コマのように回転しているかのように、固有の角運動量を持っています。粒子が親指の方向に飛んでいる場合、その回転は右手でも左手でも、指を曲げた方向に従います。
電子やクォークなどの質量を持つ粒子の場合、状況は少し複雑になります。質量を持つ粒子は速度が遅いため、高速の観測者は質量を持つ粒子を追い越して実質的に運動方向を逆転させ、見かけの利き手（かじき）を反転させる可能性があります。このため、質量を持つ粒子のカイラリティを記述する際に、物理学者は粒子の量子特性の数学的記述を参照することがよくあります。粒子を回転させると、その量子波動関数はカイラリティに応じて左または右にシフトします。
ほとんどすべての素粒子には、鏡を通して見ると双子の粒子が存在します。負に帯電した左巻きの電子は、負に帯電した右巻きの粒子である反陽電子と鏡像関係にあります。
鏡の世界では、アリスはすべての論理がひっくり返っていることに気づきます。人々はその場に留まるために走り、自分が生まれていない日を「非誕生日」として祝います。同様に、私たちの宇宙は鏡像とは異なります。弱い力（放射性崩壊を引き起こす力）は、左巻きの粒子にのみ感じられます。つまり、通常の世界では崩壊する粒子がある一方で、鏡の中の同じ粒子は崩壊しないのです。
さらに、鏡に全く映らない粒子が一つあります。ニュートリノはこれまで左巻きの形でしか観測されていませんでした。素粒子物理学者たちは、右巻きのニュートリノが存在するのか、それともニュートリノの鏡像が単に同一なのかを研究しており、これは宇宙に何も存在しないのではなく、何かが存在する理由を説明するのに役立つかもしれません。
鏡を通して覗くことで、私たちの世界について多くのことを学ぶことができます。ただ、ミルクを飲まないように気をつけてください。
オリジナルストーリーは、数学、物理科学、生命科学の研究の進展や動向を取り上げることで科学に対する一般の理解を深めることを使命とする、 シモンズ財団の編集上独立した出版物であるQuanta Magazineから許可を得 て転載されました。
