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 素粒子とは何か?
 物理学において素粒子とは、物質を構成する最小の単位のことである。100年前までは、原子が素粒子と考えられていた。

 ところが、原子は最小の粒ではなく、内部にさらに小さい粒子が発見された。それが、クォークやレプトンである。現在、素粒子は大きく2種類に分類され、物質を構成するフェルミ粒子、力を媒介するボース粒子に分かれる。物質を構成するフェルミ粒子は、クォークとレプトンに分類される。クォークやレプトンの大きさはわかっていないが、仮に有限の大きさがあるとしても陽子のスケールにおいても点とみなすことができるほど小さい存在だ。

 これらの粒子の中には未発見のものもある。例えば重力子(重力を媒介する)、ヒッグス粒子(粒子に質量を与える)、アクシオン(強い力を媒介する)、タキオン(超光速で動くと仮定されている粒子)などである。ところが、これまで予想もしなかった未知の粒子が見つかった。

Fermilab

 4月5日、米フェルミ国立加速器研究所(イリノイ州)は、同研究所の大型加速器テバトロンで、現代素粒子物理学の枠組みである「標準模型」で想定されない全く未知の粒子が見つかった可能性がある、と発表した。自然界にある4種類の力以外の力の存在を示唆しており、確認されれば、私たちの自然観を変えるノーベル賞級の発見になるという。

 まったく想定されなかった、未知の粒子とは何だろう?

 ノーベル賞級?現代物理学で定義できない粒子発見
 自然界には、比較的なじみのある重力や電磁力に加え、原子核の中で陽子や中性子を結びつける「強い力」と、原子核の崩壊を起こす「弱い力」と計4つの力があると考えられる。標準模型は重力を除く三つをうまく説明し、反する現象がほとんど見つからないことから、自然の状態を説明するのに都合がいいと考えられている。

 ところがテバトロンの実験で、トップクォークと呼ばれる素粒子よりやや軽い質量(140ギガ電子ボルト程度)を持ち、「第5の力」ともいうべき未知の力の特徴がある粒子の存在を示すデータが得られた。

 この粒子は質量の起源とされる「ヒッグス粒子」、宇宙の質量の約2割を占める暗黒物質の候補「超対称性粒子」といった存在が想定されながらも未発見の粒子とは別だ。

 現在99.93%の確率で確認しているが、素粒子物理学の慣例で確率99.9999%で確認しないと「発見」と見なされないため、テバトロンの実験チームは、ヒッグス粒子探しなどで競う欧州の大型加速器LHCのチームとも協力してデータを積み重ね、確認を目指す。(asahi.com 2011年4月9日)

 素粒子発見の歴史
 最初の素粒子は、19世紀末に発見された。1897年、J.J.トムソンは真空管を通る陰極線が電子であることを発見した。この発見が素粒子発見の第一号である。

 当時、物理学者の興味の対象でしかなかった電子が、100年の後、エレクトロニクス技術の基礎となり、テレビ、パーソナルコンピュータを始めとする今日の高度情報化社会を生み出した。特に、テレビのブラウン管は陰極線をそのまま利用している。

 1930-1940年代には宇宙線の中から、電子の反粒子である陽電子、ミューオン、湯川秀樹博士の予言したパイ中間子などが発見された。1950年代以降、粒子加速器を用いて、陽子の反粒子である反陽子そしてK中間子を始めとする多くの粒子が生成され発見された。その総数は数百にも上る。そのほとんどは電気力より100倍の大きさの強い力を及ぼしあうハドロンの仲間である。すべての粒子には、陽電子、反陽子などのように互いに出会うと消滅してしまう反粒子が存在することも判明した。

 電子や陽子以外の粒子は、自然界で安定に存在することができない。それらの平均寿命はきわめて短く、すぐに、パイ中間子、K中間子、ミューオンなどの比較的寿命の長い粒子に崩壊してしまう。また、中性子は原子核の中だけで安定に存在し、その外に置かれたとき、平均寿命15分20秒で崩壊し陽子、電子、ニュートリノに変化してしまう。

 歴史的には、陽子、中性子そして他のハドロンも素粒子と呼ばれていた。それらはクォークという粒子で構成されている複合粒子であることがわかったので、厳密な意味で素粒子ではない。本来、素粒子とは「内部構造を持っていない粒子」を指す。

 現在のところ、物質の素粒子は、電子、ニュートリノ、ミューオンなど強い力を感じないレプトン、そして、ハドロンを作るクォークである。
 

参考HP Wikipedia 素粒子 ・キッズサイエンティスト素粒子の発見 

こんなにわかってきた素粒子の世界 ?知って面白い素粒子の不思議? (知りたい!サイエンス)
クリエーター情報なし
技術評論社
素粒子 (ちくま文庫)
クリエーター情報なし
筑摩書房

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