樹梟堂日記

自営業者の日記です。最近はまっているのはマンガ「トーキョーグール:re」「亜人」「ジョジョリオン」「ハンターハンター」、スマホゲーム「Fate/Grand Order」「クラッシュロワイヤル」です。

物質の最も小さな形、素粒子について

 この世で一番小さな物質は何でしょうか。
 原子?
 違います。
 原子より小さき物、それは素粒子です。


 素粒子は原子を構成する物質でもあり、原子は原子核と電子で成り立っていますが、原子核を構成する陽子と中性子はどちらもクォークという素粒子でできています。
 そして原子核を周る電子はそれ自体が素粒子です。
 宇宙の始まりから終わりまでについての記事でも書きましたが、宇宙に素粒子が誕生してから水素の原子核ができました。

 この最も小さき物を発見したのは霧箱と呼ばれる装置です。
 1897年にスコットランドの科学者、チャールズ・ウィルソンが発明しました。
 これは蒸気の凝結作用を使い、電気を帯びた粒子荷電粒子が通過した跡を目に見える形にするもので、電子顕微鏡のさらに10万分の1ほどの微小なものの観測を可能にしたものです。

 次に発明された装置は泡箱です。
 1952年にアメリカの物理学者ドナルド・グレーザーが発明した装置で、冷却した絵行きたい水素を満たした空間を粒子が通過する際、粒子が通過した部分の水素が気化し、泡として観測されます。
 これでより粒子を大量に観測できるようになりました。

 そして我らがカミオカンデですが、陽子崩壊を実証するために1983年に感性しました。
 3000トンの超純粋を蓄えたタンクとその壁面に設置した1000本の光電子倍増管からなり、ニュートリノという素粒子の一種が水の中の電子に衝突する時に起きるチェレンコフ光という青白い光を捉えます。
 それの功績により小柴昌俊教授は2002年にノーベル物理学賞を受賞しました。

 つまり素粒子という限りなく小さきものを捉えるには、他の物質のぶつかった反応を観測するのです。
 他には加速器で素粒子を作ってしまうという方法があります。


 素粒子はまだまだ未知の部分が多いため、「標準理論」を土台として研究が行われており、それを元に素粒子は分類されています。
 物質を形作る素粒子、物質粒子は大きく分けて2種類あり、それはクォークとレプトンと言い、クォークは陽子と中性子を作り、レプトンは電子が含まれているもので、それぞれ6種類ずつあります。
 物質粒子の他にはゲージ粒子があり、宇宙を支える4つの力、電磁気力、強い力、弱い力、重力から、重力を除いた3つの力を担うものです。
 重力はいまだ粒子として伝わる力があるのかはっきりしていません。

 これら計15種類の素粒子ですが、それを裏から支える素粒子としてヒッグス粒子があるとされています。
 2008年にノーベル物理学賞を受賞した南部陽一郎博士が「自発的対称性の破れ理論」の中で、何も存在しないはずの真空につねにヒッグス場が存在し、それに素粒子がぶつかり合うことで質量が生じるという考えです。
 しかしいまだにその存在は確認されていません。


 電磁力、強い力、弱い力の3つを統一しようという考え方である「力の大統一」に重力も加える理論として注目されているのが「超ひも理論」です。
 これは粒子の形状をひもととらえ、その振動や回転の仕方の違いから粒子としての性質が異なり、それによりあらゆる素粒子を一つに理論付けできると考えます。
 しかし、それだと10次元の時空を明らかにしないといけません。
 我々は4次元までしか認識できないので、まだまだ研究が必要なのです。


 ・・・色々偉そうに書きましたが私も素粒子のことはよく分かりません^^;
 いや、他の分野でもそうなのですけど。
 まだまだ私自身も勉強が必要ですね。




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