クオーク

物質の基本粒子とは何ですか?つい最近、約半世紀前まで、物質は主に 陽子 、 中性子 、 電子 で構成されていると考えられていました。しかし、 核放射線 と粒子間の衝突の研究により、 物質 のいくつかの新しい成分が明らかになりました。これらの新しく発見された粒子を単一の理論にまとめるにはどうすればよいでしょうか?

原子核 の周りを周回する電子は、 -1 と ^– に等しい負の電荷を持っています。陽子は +1 および ^– に等しい正電荷を持っています。中性子は、その名前が示すように、中性の電荷を持っています。ただし、電子の質量は中性子や陽子の質量よりもはるかに小さいです。このことから、これらの核粒子は他の粒子で構成されているのではないかという疑いが生じました。たとえば、いくつかの衝突や ニュートリノ やグルーオンなどの原子の新しい成分の分析から、原子核は基本的に クォーク で構成されていることが示唆されました。

この名前は、 ジェームズ・ジョイス 著『フィネガンズ・ウェイク』からの抜粋から提案されました。その中で登場人物が「 マスター・マークのための三つのクォーク 」、つまり「マスター・マークのための三つのクォーク」というフレーズを英語で言います。このフレーズは、原語では、容量の尺度である quart をもじったものです。クォークは個別に検出されることはなく、3 つのグループとして検出されるため、このような名前の選択は適切です。たとえば、陽子は 3 つのクォークで構成されています。

クォークには、フレーバーと色という 2 つの重要な特性があります。これらの特性の名前は、食品や巨視的な物体の特性とは何の関係もありません。それらは単なる類似点です。たとえば、クッキーには ストロベリー とチョコレートの 2 つのフレーバーがあるように、クォークは トップ (t)、 ボトム (b)、 チャーム (c)、 ストレンジ (s)、 アップ (u)、 ダウン (d) の 6 つのフレーバーを取ることができます。 。陽子と中性子の中には アップ クォークと ダウン クォークのみが存在します。 粒子加速器を 使った実験で、トップ、ボトム、魅力、そして奇妙なフレーバーが発見されました。

2 つのクォークが集まって中間子を形成します。 3 つのクォークが結合すると、原子核を構成するバリオンのようなバリオンが形成されます。

表色系と同様に、クォークには色と呼ばれる 3 つのプロパティがあり、 赤 (赤)、 緑 (緑)、 青 (青) の値を取ることができます。 color プロパティは静的ではありません。クォークは相互作用し、グルーオンを通じて動的に色を変化させます。この相互作用により、クォークはくっついて一緒に留まることができます。したがって、中間粒子の名前はグルーオンと呼ばれ、 接着剤 に由来します。これらの相互作用の研究は量子色力学と呼ばれます。

当初、クォークが一緒に検出されて新しい粒子が形成されるため、クォークが実際に存在すると信じることには理論的に大きな困難がありました。またこの理由から、クォークの質量を実験的に測定することは非常に困難です。この質量はクォークのフレーバーによって異なり、以下にリストされています。

上記の質量は、孤立したクォーク、つまりクォークを構成する粒子から分離されたクォークの推定質量を指します。

これまで見てきたように、クォークは物質を作るための基本的かつ非常に重要な要素であり、宇宙を説明する主要な理論モデルの一部です。