たとえば、自動車はどうやって走っているのでしょう？
自動車を分解してみると、エンジンやタイヤやボディーなどから
出来上がっています。
その個々の部品の動作を調べてみると、エンジンが産み出した回転力がタイヤに
伝えられ、その駆動力でタイヤが地面を蹴って、自動車が前進している
ことがわかります。
| 素 粒 子 っ て 何 だ っ け ？ |
たとえば、自動車はどうやって走っているのでしょう？
自動車を分解してみると、エンジンやタイヤやボディーなどから
出来上がっています。
その個々の部品の動作を調べてみると、エンジンが産み出した回転力がタイヤに
伝えられ、その駆動力でタイヤが地面を蹴って、自動車が前進している
ことがわかります。
では、エンジンはどうやって回転力を産み出しているのでしょう？ それを調べるためには、エンジンをさらに分解してみなければなりません。 では、そのエンジン部品はどうやってその動作をしているのでしょうか？
このように、次々とより基本的な構成単位へと分解して行くことにより、
宇宙の銀河や巨大な銀河集団 (大きさ 1020 m 以上) も、
惑星やその上の岩石や生物 (1010~10-6 m) も、
結局、多数の原子 (10-10~10-12 m)
から出来ています。
原子は、その中心部に「原子核」 (~10-14 m) と呼ばれる
重い芯があり、そのまわりを数個~数十個の小さく軽い「電子」が周回する
という構造をしていることが知られています。
|
★
Ρ, Ν, Δ, Λ, Σ, Ξ, Ω,
Λc, Σc, Ξc, Λb, …
☆ π, ρ, ω, η, φ, ηc, a, b, h, f, K, Ks, D, B, Bs, J/ψ, Υ, χ, χb, … |
そこで考えられたのがクォークです。 ハドロンの性質の分析から、
| π+ | = | _ (u,d), |
π0 | = | _ (u,u) + | _ (d,d), … |
のように、バリオンは３個のクォークから、メソンはクォークと反クォーク
（クォークの反粒子）から出来ていると考えると、数種類のクォークで
上のリストのハドロンを全て理解することができます。
通常クォークはハドロンの中に閉じ込められており、クォーク単体
をハドロンから取り出すことはできませんが、
原子核やハドロン同士を衝突させた様々な高エネルギー実験の結果が
クォークの理論によってよく記述されているので、
ハドロンは確かにクォークから構成されていると考えられています。
クォークとしてはこれまでにアップ(u)、ダウン(d)、ストレンジ(s)、チャーム(c)、 ボトム(b)、トップ(t) の６種類が見つかっています。 この種類の違いは素粒子業界ではflavor(香り)と呼ばれています。 最後のトップ クォークは、理論的にはかなり以前から予言されていましたが、 実験的には１９９５年に発見されたばかりです。
クォークの大きさや内部構造は、現在のところ実験的には見えていません。 また、上に述べたように、レプトンも点状の粒子として見えています。 もし大きさがあるとしても、現在の実験では見ることの出来ない 10-18 m 以下でなければなりません。 従って、クォークとレプトン（及び 以下で説明するゲージ粒子など） が、現在知られている最も基本的な物質の構成要素「素粒子」です。
強い相互作用を記述する量子場の理論は ＱＣＤ（量子色力学） で与えられ、 電磁相互作用と弱い相互作用は ワインバーグ・サラム理論 によって統一的に記述されています。 この二つを合わせたものが素粒子の「標準理論」です。
これら３つの基本的相互作用によって、原子核反応・原子核崩壊から電磁気、 化学反応まで理解することができますが、 それだけでは私たちの良く知っている重力は導けません。 そこで第４の基本的相互作用として重力相互作用が加えられています。 素粒子の世界の重力がどのようなものであるかは理論的にも実験的にも 良くわかっていませんが、通常の物質中や加速器実験などにおいては、 十分弱いものとして無視することができます。
弱い相互作用や強い相互作用においても同様に、それぞれの力を媒介する
素粒子（ゲージ粒子）の交換を通じて
相互作用が行われます。
４つの基本相互作用のゲージ粒子をまとめると、
となります。重力子を除き、全て実験的に存在が確認されています。
これまでに実験的に確認されている素粒子とハドロンの情報は、 ``Particle Data Group'' によって集積され、表にまとめられています。
（金谷）
Go to
|
