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シリーズ 超極小『素粒子』の世界3 ~基礎編③~

Posted By takesyo On 2011年9月23日 @ 9:43 PM In ⑬相対性理論・量子力学・素粒子 | No Comments

コレまで2回に亘り、続けてきた超極小『素粒子』の世界の基礎編ですが、第三回目になる今回は、宇宙を支配する4つの力!!を扱いたいと思います。
     
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画像はコチラ [1]からお借りしました。
     
案内人は前回同様takesyoが務めさせて頂きたいと思います。
それでは、参りましょう♪
     
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(ありがとうございます
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自作♪→拡大画像 [4]
     
まずは、大きな枠組みから
     
・ボソンとは?
力の媒介になっているとされている素粒子の総称。現在はヒッグス粒子やゲージ粒子の2つのタイプに分けられている。
     
・ゲージ粒子とは?
4つの力の媒介をしている粒子の総称。フォトン(光子)グルーオン(膠着子)ウィークボソン(弱中間子)グラビトン(重力子)の4つ。
          
ヒッグス粒子 [5]とは?
4つの力に加えられる5つめの力を媒介しているとされている粒子。未だ仮想粒子の域は出ておらず、あくまでも想定されているに過ぎない。
ヒッグス場(1964年にピーター・ウェア・ヒッグスによって提唱された、素粒子の質量獲得に関する理論に現れる場についての仮説)を量子化して得られる粒子とされいる。LHCの衝突実験で、およそ10兆回に1回しか生成されないと言われている。
     
それでは、本丸4つの力に参りましょう♪
     
・4つの力
自然界にある力は全て、電磁力、強い力、弱い力、重力の4つに分けられるとされており、この4つの力のこと。ゲージ粒子がそれぞれ、強い力⇔グルーオン(膠着子)、弱い力⇔ウィークボソン(弱中間子)、電磁力⇔フォトン(光子)、重力⇔グラビトン(重力子)に対応する形で存在している。
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自作♪→拡大画像 [6]
     
・グルーオン(膠着子):強い力
原子核の中にある中性子や陽子、中間子を構成するクォーク同士を結合する力を媒介する粒子。原子核内に働く核力も強い力の一種とされている。
     
・ウィークボソン(弱中間子):弱い力
β崩壊を引き起こすための力を媒介する、核力の崩壊を促す粒子とされている。
β崩壊には【①中性子→陽子+電子+反ニュートリノ】【②陽子→中性子+陽電子+ニュートリノ】の二種類がある。
このβ崩壊により現れる力を計算すると、電磁力よりもずっと小さい力だということが分かり【弱い力】と名付けられた。
     
・フォトン(光子):電磁力
原子核と電子や、原子と原子を結ぶときに働く力を媒介する粒子。電磁力は電荷あるいは磁荷を持つ物質にはたらくとされており、力の及ぶ範囲は無限大とされている。
     
・グラビトン(重力子):重力
地球と月の間や太陽系の太陽を中心とした太陽系そのものなどの間に働いている力を媒介する粒子。重力自体は質量を持つ全ての物質にはたらくとされており、力の及ぶ範囲は無限大とされている。ただ、あくまでも存在自体が認められたという訳ではなく、仮想粒子として措定しているに過ぎない。
     
以上の4つの力が宇宙を支配しているとされている。
     
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自作♪→拡大画像 [7]
     
・究極理論への道
また、素粒子論的宇宙論では4つの力が初期宇宙では一つだと考えられており、それぞれが真空の相転移によって徐々に力が分岐していき、現在の4つの力に分かれたとされています。現在、4つの力をまとめて統一的な方程式により説明しようという試みがなされており、4つの力をまとめた究極理論の完成に期待が集まっています。ちなみに1967年にアメリカのワインバーグとパキスタンのサラムによって、電磁力と弱い力が統一された理論として電弱統一理論が完成されており、それに強い力を加えて大統一理論の完成にも期待が集まっている。


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