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物理学賞解説その4~クォーク

ここまでは、「その1~対称性」、「その2~反物質」、「その3~微妙なズレ

まず最初に、
前回も書いたんだけど、mixiで1人書いてくれた以外反応が無いのでもう一度。

読者の皆さんが、
「反物質」についてどんな知識を持ってたのか知りたいです。
コメントお願いします。


一般にどれくらい広まってるのか、というとこに興味があるから聞いてます。
だから匿名コメントでもいいですよ。

他の事でもコメント大歓迎ですし、質問があればいくらでも答えます。
説明が足りなかったり、分かりにくかった場所や、
自分がそんなに深く考えずに書いてた場所が分かると、
こっちも勉強になるんで、ほんの小さなことでも聞かせてもらいたいです。


小林・益川理論の論文が発表されたのは1973年。
今日は、そこまでの40年くらいの素粒子物理の発展をサラッと(ホントか?)解説します。
今回で小林・益川理論まで辿り着きたかったんですが、前置きが長くなってます。
次回には絶対に着きますから(笑)


日常に出会う「もの」の全てが原子で出来ている、
と言うのは20世紀の初め頃には受け入れられ始めていました。

でも、原子が何で出来ているのかが分かったのは、
1932年に中性子が発見された時。
これでハッキリしたのが、
陽子と中性子で出来た原子核の周りを、電子が回っている、という構図でした。


ただ、これで新しい謎が生まれました。

電子が陽子の周りを回っている理由は、電磁力です。
重力の引き合う力で、地球が太陽の周りが回ってるように、
電磁力の引き合う力で、電子が陽子の周りを回ってる、というわけ。
(質問があればもっと詳しく説明します)

でも、陽子と中性子が、なんで一緒に固まって原子核になっているのか。
その理由が全く分からなかったんです。

これを説明するために、湯川秀樹が35年に提唱したのが「中間子」。
陽子と中性子が引き寄せ合っているのは、
中間子と言う粒子を交換し合っているから、と言う説を発表したんです。
(電磁力は、光の粒子、「光子」の交換で成り立ってます)

ちなみに、「中間」子という名前の由来は、
電子よりは重いけど、陽子や中性子より軽いから。
47年に、実験でπ(パイ)中間子が発見されて、
これを予想した湯川秀樹は49年にノーベル賞を受賞しました。


これだけで終わってれば簡単なんですけどね。
そうは行かないんです。

LHCの話をした時に書いたように、
60年代から、物理学者はパワフルな加速器を作って、
どんどん大きなエネルギーで電子や陽子を衝突させてきました。

そんな実験で次々に発見されたのが、
陽子と中性子のような重い粒子(バリオン)と、π中間子に続く中間子の数々。

Particle Zoo、粒子の動物園、
といわれるほど色んな種類の粒子がに発見される中、
物理学者たちは、なんでこんなに色んな粒子があるのか説明出来ず、混乱していました。


その大量のバリオンと中間子を、たった3つ(いや、6つか)の材料にまとめたのが、
マレー・ゲル=マンのクォーク理論でした。

当時見つかっていたバリオンと中間子はどれも、
アップ(u)、ダウン(d)、ストレンジ(s)の3つのクォークと、その反粒子(反クォーク)から出来てる、
と言う大胆な説です。

baryon octet
(クォーク理論は、見つかっていたバリオンを↑の綺麗な表にまとめました。
一番上の列のpが陽子、nが中性子です。もっと詳しい説明は、質問があればします)


クォーク理論によると、
バリオンは3つのクォークから出来ていて、
中間子は1つのクォークと、1つの反クォークが合わさって出来ています。

例えば、陽子はアップが2つとダウンが1つ、
中性子はアップが1つとダウンが1つ、
πプラスという中間子は、アップが1つと反ダウンが1つ、と言った具合。

CP対称性の破れが発見された実験の、K0という粒子は、
ダウンが1つと反ストレンジが1つ、または、ストレンジが1つと反ダウンが1つ、
という構成の中間子でした。


ここまで説明できれば、
次にカビボ角と、小林・益川理論の話が出来ます。
というわけで、続く...

テーマ : 物理学
ジャンル : 学問・文化・芸術

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プロフィール

アシュリー

Author:アシュリー
カリフォルニア州バークリー在住、元スポーツジャンキーのアシュリーです。

今観るスポーツは、アーセナル(サッカー)とグリズリーズ(バスケ)、あとテニス。

専門の物理ネタ以外にも、色々書いていくつもりです。

Twitterをハンドル名Inoueianでやっています。

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