素粒子素材+解説

原子は、まん中にすわっている原子核と、その周りを回るいくつかの電子でできています。原子核はといえば、陽子中性子がいくつかいっしょになっているかたまり(陽子の数によって原子の種類がきまります)。さらに細かくみると、陽子や中性子はそれぞれ3つのクォークでできています。電子やクォークは、これ以上小さくならない「素粒子」です。

素粒子の標準模型。重力を伝えるグラビトンは便宜上の素粒子で、標準模型の一部ではありません。物質を構成するのはフェルミオン、そして力を運ぶのがボゾンです。

林田にとっての素粒子は、手と足がはえています。下の6人はクォーク人たち。「強い力」を感じることができます。3世代。1世代ごとに200倍重たくなります。

レプトン人たち。「強い力」を感じません。クォーク人と一緒に物質をつくります

光子電磁力を伝える素粒子。素粒子の世界では、力は素粒子を交換することによって働く、と考えられています。

グルーオンは「強い力」を媒介します。クォーク人たちをくっつけている、キューピットみたいな人たち。一番強い力ですが、到達距離は短く、原子核の中でしか働きません。

そしてWボゾンZボゾン。「弱い力」を運びます。これは素粒子の崩壊をひきおこす相互作用で、力を運ぶ素粒子の中で唯一、質量をもつ素粒子です。大変重たいので、到達距離が短く、強い力の到達距離のさらに200分の1くらい。ヒッグス機構は、最初、このボゾンの重さを説明するために提案されて、後に他の素粒子に拡張されました。

グラビトン重力を運びます。これは、宇宙に存在するの4つの力の一つとして、便宜上はいっているもので、素粒子の標準模型の一部ではありません。重力はなかなか理論に組み込めず、研究者の頭をなやませています。4つの力の中では一番弱く、でもプラスにしか働かないので(電磁力はとても強いですが、プラスとマイナスの電荷で相殺しますね)、マクロの世界では重力の影響が強いのです。

つい最近発見された、標準模型で最後の素粒子、ヒッグス粒子。「The God Particle (神の粒子)」とも呼ばれていますが、本当は、なかなか見つからないので「Goddamn Particle (いまいましい粒子)」というのが、研究者のホンネ。ヒッグス粒子については、えほん素粒子論「タウ氏とヒッグスの神さま」で。

それぞれの素粒子には、反粒子が存在します。粒子が反粒子に出会うと、エネルギーになって消えてしまいます。反粒子の性質としては、粒子とほとんど同じで、でも電荷が逆(プラス/マイナスが反対)、そして鏡にうつった姿のように左右が逆になります。

クォークが二人でくっついたカップルはメソン、あるいは中間子とよばれています。

クォークが3人家族になっていると、バリオン

ニュートリノは電荷がないので電磁力に作用されませんが、弱い力は作用します。ですので原子核の家族やメソンのカップルを崩壊させることができるのです。これが、ニュートリノをかろうじて観測できる理由でもあります。

それぞれどのようなが作用するかをまとめると、このようになります。

この標準模型でわかっている素粒子は、実は宇宙にある物質とエネルギーのほんの一部しか説明できません。他は、えたいのしれない、暗黒物質と暗黒エネルギーです。

宇宙に存在する4つの力は、始めは一つだったと考えられています。しかし、それをシンプルにまとめる理論はまだ確立されていません。


本ページにある素材はご自由にお使いください。

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