質量はなぜあるのか

素粒子・レプトン・クォーク・中間子・バリオン・ハドロン量子力学

2004/3

質量には2つの意味がある。重力質量と慣性質量だ。

重力質量は、普通に言う重さのことだ。質量が大きければ、周りに及ぼす重力の大きさは大きい。また、重力を受ける力も大きい。

2つ目の慣性質量は、動きにくさを表す。質量が大きければ、同じ力で動かしても、動かしにくい。

2つの質量は、全く別の量であるが、正確に比例している。普通は比例定数を1として、2つの質量を同じものとして扱う。なぜ正確に比例しているかは、一般相対性理論に関係する議論だ。

さて、質量が物体にあるのはあたりまえに思えるが、なぜあるのかを説明してしまおうというのが、ヒッグス粒子を使った理論だ。

クォーク(陽子や中性子や中間子を作る素粒子)6種類全部

レプトンの中の電子・ミューオン・タウ

Wボゾン・Zボゾン(核力の一種の弱い力を伝える粒子)

光(電磁気の力を伝える粒子)

ニュートリノ(レプトンの一種)？　*質量があるかもしれないの説あり。

グルーオン(クォークを結びつける強い力を伝える)

重力子(重力を伝える粒子・グラビトン)は、未発見、質量？

素粒子については　<素粒子>

以下のような考え方である。

「本来、素粒子には、質量がなく、光の速さで動く。ヒッグス粒子が空間を埋めていて、素粒子がそのヒッグス粒子と反応し、ブレーキがかかる。光の速さで進まなくなり、動きにくさが生まれる。すなわち、それが質量だ。光は、ヒッグス粒子とは反応しないので、いつでも光の速さで進み、質量がない。」

光の速さは、真空中で光の速さであって、物質の中では遅くなる。空気の中、ガラスや水の中では遅くなる。光が物質の中を進むときに、光がその中の物質と反応し、ブレーキがかかると考えることができる。

1964年、ヒッグスによって、予言された。

2004年で、発見されていない。

電磁気力と核力(強い力と弱い力)の3つの力を統一する、大統一理論に必要な粒子。

宇宙の始まり、ビッグバンと時には、ヒッグス粒子はない。10^(-13)秒後に、空間がヒッグス粒子で満たされた。

ヒッグス粒子の質量は、100GeV　(10^11エレクトロン・ボルト)程度。最も重いクォークは、トップクォークで、174GeV。

弱い力を伝える粒子のボゾンで、Wボゾンは80GeV、Zボゾンは91GeV

ヒッグス粒子に質量があると言うことは、ヒッグス粒子同士、反応するということだ。

2004年で、加速器の出すエネルギーの最大値は100GeVであって、ヒッグス粒子はそれよりは重い。

ワインバーグ・サラム理論…電磁気(光)と弱い力(ボゾン)を統一する理論

量子色力学(QCD)…強い力(グルーオン)を記述する理論

標準理論…上の2つをまとめてこう言う

大統一理論…電磁気(光)と弱い力(ボゾン)と強い力(グルーオン)を統一する理論。未完成。超対称性を仮定する。

さらに重力まで含め、4種類の力すべてを統一する理論…研究中

スピンが1/2のフェルミオン(クォークとレプトン)と、スピンが1のボゾン(4種類の力を伝えるそれぞれの粒子)の対称性を仮定する。フェルミオンやボゾンのそれぞれの粒子に対応した超対称性粒子が存在すると仮定する。2004年で、見つかっていない。