標準模型
この記事は中立的な観点に基づく疑問が提出されているか、議論中です。(2011年12月) |
標準模型 | ||||||||
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標準模型の素粒子 | ||||||||
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標準理論(ひょうじゅんりろん)または標準モデル(ひょうじゅんモデル)とも言う。多くの物理現象をほぼ的確に描写する仮説である。
概要
編集標準模型の素粒子
編集標準模型の素粒子は力を媒介するスピン1のゲージ粒子、対称性を破るスピン0のヒッグス粒子、物質を構成するスピン1/2のフェルミオンからなる。
ゲージ粒子
編集粒子名 | 記号 | ゲージ対称性 |
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グルーオン | G | SU(3)c |
Wボソン | W | SU(2)L×U(1)Y |
Zボソン | Z | |
光子 | A |
フェルミオン
編集粒子名 | 記号 | 表現 |
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クォーク | Q | (3,2)1/6 |
上系列反クォーク | U | (3*,1)-2/3 |
下系列反クォーク | D | (3*,1)1/3 |
レプトン | L | (1,2)-1/2 |
反荷電レプトン | E | (1,1)1 |
ヒッグス粒子
編集歴史
編集未解決の問題
編集標準模型は2014年現在までに行われた素粒子物理学に関する実験結果をほとんど全て矛盾することなく説明することができているが、その一方で、理論的または実験・観測的観点から解決すべき問題をいくつか抱えている。このことは標準模型を超える物理の存在を示唆する。この節では標準模型において未解決の問題を列挙する。
重力の量子化
編集標準模型は基本的な相互作用とされる4つの力のうち、電磁気力、弱い力、強い力の3つをヤン=ミルズ理論に基づき量子論的に記述することに成功している。しかし、残りの1つである重力についてはその記述を欠いている。言い換えれば、重力を媒介するとされる重力子は標準模型の粒子のリストに含まれていない。これは、標準模型の基礎的な枠組みとなっている場の量子論における量子効果による発散の相殺を重力理論に適用できないからである。重力を量子論的に扱うことができる枠組みの候補としては、超弦理論、ループ量子重力理論などが挙げられる。
大統一理論
編集階層性問題(fine tuning問題)
編集強いCP問題
編集世代構造の謎
編集ニュートリノ振動
編集1998年に神岡鉱山に設置されたスーパーカミオカンデによりニュートリノ振動が発見された[27]が、これは質量を持ったニュートリノが存在することの証明となっている。標準模型ではニュートリノの質量は厳密に0であるため、この実験結果は標準模型には何らかの修正が必要であることを示すものの一つとして重要である。単純にニュートリノの質量項を標準模型の枠組みに加える場合は右巻きニュートリノを導入すればよいが、標準模型の荷電を用いると右巻きニュートリノはマヨラナ粒子となり右巻きニュートリノだけで組む質量項(マヨラナ質量項)が現れ、質量構造が複雑化する。これを取り入れた枠組みとして代表的なものの一つがシーソー機構である。
暗黒物質
編集バリオン数の非対称性
編集ミューオンの歳差運動のずれ
編集2001年、ブルックヘブン国立研究所は、ミューオンの歳差運動が、標準模型の予測からずれている実験結果を報告した。2021年にフェルミ国立加速器研究所のミューオンg-2実験でも同様の結果が示された[29][30]。
脚注
編集- ^ 南部 et al. 3章(牧二郎 著)
- ^ C・ロヴェッリ『すごい物理学講義』河出文庫、2019年、168頁。
- ^ “Latest update in the search for the Higgs boson”. CERN. (2012年7月4日) 2012年7月4日閲覧。
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- ^ Sacha Davidson, Enrico Nardi and, Yosef Nir (2008). “Leptogenesis”. Physics Report 466: 105. doi:10.1016/j.physrep.2008.06.002.
- ^ “素粒子物理学を覆すミューオンの挙動、未知の物理法則が存在か”. ナショナルジオグラフィック日本語版 (2021年4月13日). 2021年4月27日閲覧。
- ^ 素粒子「標準理論」のずれ検証に一歩 実験値を高精度測定 米研究所、(朝日新聞、2023年8月11日)
参考文献
編集論文
編集- Beringer, J.; Arguin, J.; Barnett, R.; Copic, K.; Dahl, O.; Groom, D.; Lin, C.; Lys, J. et al. (2012). “Review of Particle Physics”. Physical Review D 86 (1). doi:10.1103/PhysRevD.86.010001. ISSN 1550-7998.
書籍
編集- M. E. Peskin, D.V. Schroeder (1995). An Introduction to Quantum Field Theory. Westview Press. ISBN 978-0-201-50397-5
- 南部陽一郎、他『大学院素粒子物理1』講談社、1997年。ISBN 4-06-153224-3。
関連項目
編集外部リンク
編集ウィキメディア・コモンズには、標準模型に関するメディアがあります。
- 電子・陽電子リニアコライダー計画[リンク切れ]
- The Review of Particle Physics (2023) (素粒子物理学の総論) - 2022年までの素粒子の実験と理論をまとめた論文 (英語)
- 素粒子の標準模型 (日本語)