ニュートン すぐわかる素粒子物理学

以前の日記に「非対称性の理論化って何? 」と書きました。
これについて少しかじってみようと思いました。

ノーベル物理学賞を日本人3人が同時受賞という話題だったり。
加速器「LHC」だったりと、最近素粒子物理学が熱いので。

素粒子物理学とひも理論ってのは、似たようなものかと思っていたのが恥ずかしい・・・。

「ニュートン すぐわかる素粒子物理学」

物質をつくる最も基本的な要素は何か
 大昔は原子が素粒子だったわけですが、現代物理学の素粒子はクォークやレプトンです。
 クォークは、原子の中の原子核の中の陽子の中にあります。

湯川秀樹の画期的な発想
 陽子と中性子がなぜ原子核の中にまとまっていられるのか。
 計算してみたら万有引力や電磁気力なんかじゃ弱すぎたのです。
 これを結びつけている中間子というものを予言したのが湯川秀樹。

電荷がプラスの電子が存在する!?
 全ての粒子には電荷が反対の反粒子が存在するとされています。
 電子には陽電子、陽子には反陽子、水素原子には反水素原子です。

素粒子「クォーク」の登場
 実験装置の進歩によって陽子や中性子の仲間が山のように見つかってきた。
 するともっと小さな構成要素があるのでないかと考えるのが自然です。
 そこで、クォークというものが登場します。

クォークとレプトンが物質をつくる基本粒子
 クォークとレプトンは、それぞれ6種類ずつあります。
 実はクォークがまだ3種類しか発見されていなかった頃に、小林誠と益川敏秀はクォークが6種類あることを予言していました。
 ニュートリノや電子はレプトンです。

宇宙に存在する「四つの力」
 重力、電磁気力、強い力、弱い力の四つの力があります。
 それぞれ、「力を伝える粒子」を介して力が伝わります。
 電磁気力は光子によって、重力は重力子によって伝わります。

クォークどうしは”色”で結びつく
 荷電粒子はプラスとマイナスという電荷で結びついています。
 クォークはこれを、赤と青と緑という色で結びつくと説明されています。

「CP対称性の破れ」とは?
 鏡に映すような変換が「P変換」
 粒子と反粒子の変換が「C変換」
 これらの対称性は実は厳密には保存されていないことが分かりました。

標準モデルに修正を迫る粒子「ニュートリノ」
 ニュートリノは地球や人体やら、なんでもすいすい通り抜けると聞きました。
 「確かに原子なんてスカスカだしねー」と思っていたけど、良く考えたら、電子はそんなにすいすい通り抜けない。
 これはニュートリノが弱い力によってしか他の素粒子から影響を受けないためです。

現在の理論には「ヒッグス粒子」が不可欠
 この発想については非常に面白かったので別項目にします。

四つの力をまとめた理論が物理学の目標
 素粒子物理学とひも理論というのは、ほぼ同義だと思っていたけど全然違いました。
 素粒子を結びつける四つの力を統一する理論がひも理論です。
 果たしてひも理論が成功するかは不明ですが・・・。

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