素粒子

標準模型に含まれる17の素粒子。

物理学において素粒子︵そりゅうし, elementary particle︶とは、物質を構成する最小の単位のことである。基本粒子とほぼ同義語である。

概要

標準理論による素粒子の相互作用の説明

素粒子は大きく二種類に分類され、物質を構成する粒子をフェルミ粒子、力を媒介する粒子をボース粒子と呼ぶ。物質を構成するフェルミ粒子は更に、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や、それより小さいスケールである﹁弱い相互作用﹂のスケールにおいても点とみなすことができることから標準模型では点粒子として扱われる。 素粒子間の相互作用を伝え運ぶゲージ粒子のうち、重力を媒介するとされる重力子は未発見である。

最小の単位であるということは、それより小さな存在がないということであり、したがって内部構造を持たず空間的な大きさを持たない、または空間・長さ自体が最小単位の大きさ︵空間最小単位の候補の例としてはプランク長等︶とされるのだが、超弦理論においては全ての素粒子は有限な大きさを持つひもの振動状態であるとされる。素粒子に内部構造が存在することが発見されれば、その内部構造を構成するもののほうが素粒子と呼ばれ、ボース粒子やフェルミ粒子は素粒子と呼ばれなくなる。

たくさんの粒子が、実は自然界にそのまま安定的に存在しているわけではないので、宇宙線の観測や加速器による生成反応により発見・研究された。素粒子の様々な性質を実験で調べ、それを理論的に体系化していくこと、及び理論的に予言される素粒子を実験で探索していくことが、素粒子物理学の研究目的である。

素粒子の分類

ボソン︵ボース統計に従う粒子︶

ゲージ粒子

素粒子間の相互作用︵力︶を伝え運ぶ粒子。それぞれの相互作用に応じて以下の種類がある。
●光子︵フォトン︶ - 電磁相互作用を媒介する。ガンマ線の正体であるためγで表されることが多い。

●ウィークボソン - 弱い相互作用を媒介する。質量を持つ。
●Wボソン - 電荷±1をもつ。W⁺, W⁻で表され、互いに反粒子の関係にある。

●Zボソン - 電荷をもたない。Z⁰と書かれることもある。

●グルーオン - 強い相互作用を媒介する。カラーSU(3)の下で八種類存在する。

●重力子 - 重力を媒介する。標準模型には含まれないが素粒子論で取り扱う素粒子ための掲載︵未発見︶。

ヒッグス粒子

素粒子に質量を与える。

ヒッグス粒子が未知のスピンを解決できる場合、現在、Mol(有質量系最低単価型複雑理論)の解決策になる場合が期待されている。

フェルミオン︵フェルミ統計に従う粒子︶

フェルミオン

物質を構成する粒子。クォークとレプトンに大きく分けられる。更にそれぞれが二系列に分けられ、三世代ずつの計6種類が発見されている。傾向として、世代数が大きいほど質量が大きいとされている。
●クォーク - 強い相互作用をする。ハドロンの構成要素とされる。
●上系列クォーク - 電荷+2/3を持ち、それぞれに反粒子が存在する。
●アップクォーク (u)

●チャームクォーク (c)

●トップクォーク (t)

●下系列クォーク - 電荷−1/3を持ち、それぞれに反粒子が存在する。
●ダウンクォーク (d)

●ストレンジクォーク (s)

●ボトムクォーク (b)

●レプトン - 強い相互作用をしない。
●ニュートリノ - 電荷をもたない。標準模型の範囲では反粒子の存在が必然ではない。
●電子ニュートリノ (ν_e)

●ミューニュートリノ (ν_μ)

●タウニュートリノ (ν_τ)

●荷電レプトン - 電荷−1を持ち、それぞれに反粒子が存在する。
●電子 (e) - 原子の構成要素として一般によく知られる。電子の反粒子は陽電子と呼ばれる。

●ミュー粒子 (μ)

●タウ粒子 (τ)

ヒッグス素粒子だけで統合できてしまう場合の標準模型

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