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素粒子

辞書:科学用語の基礎知識 素粒子・用語編 (NPARTY)
読み:そりゅうし
外語:elementary particle 英語 , 基本粒子 支那語(大陸・台湾)
品詞:名詞
2000/11/24 作成
2013/10/05 更新

物質を構成する基本的な単位となる微細な粒子の総称。

これらの素粒子は、相互作用(力)の源となるゲージ粒子スカラー粒子と、物質の元となるレプトンクォークに大きく分類される。

また性質から、素粒子はボース粒子(ボソン)とフェルミ粒子(フェルミオン)の二種類に分類することが出来る。ゲージ粒子はボース粒子であり、レプトンやクォークはフェルミ粒子である。

種類

通常の素粒子に加えて、反粒子である反素粒子が存在する。

また超対称性理論により、スピン量子数が1/2異なる超対称性粒子の存在が予言されている。

スピン量子数

回転の勢い

複合粒子であるハドロンは、素粒子であるクォークから成り立っている。ここから、物質はクォークとレプトンで構成されると言うことができ、更にゲージ粒子の存在も物質に大きな影響を与えている。

これら素粒子はボース粒子とフェルミ粒子に分けられるが、その違いはスピンにある。素粒子は自転しており、粒子によって固有の回転の勢い(スピン量子数=スピン角運動量)を持つ。量子論での値は飛び飛びでディジタル風の表現になるが、スピンもまた同様であり、量子はある定数の1/2の倍数でしか回転の勢いを持つことができない(0、1/2、1、3/2、2、…)。

整数と半整数

整数(0、1、2、…)のスピンを持つものをボース粒子、半整数(1/2、3/2、5/2、…)のスピンを持つものをフェルミ粒子という。

ボース粒子はゲージ粒子や中間子のように相互作用(力)の伝達に機能し、フェルミ粒子は陽子中性子電子ニュートリノのように物質を形作る。この性質は、スピンの違いによって生じている。

超対称性変換

超対称性変換は、ある粒子のスピンを1/2だけずらす操作をいい、これによって生まれると予言される粒子を超対称性粒子という。但し、現時点では一つも見つかっていない。

この操作により、従来ボース粒子だったものはフェルミ粒子の性質を獲得することになる。

例えば、ゲージ粒子のグルーオンであれば、電荷0、色の電荷2種類、弱い電荷0、スピン1、という特徴がある。これを超対称変換すると、電荷などは同一で、スピンのみ1/2となったフェルミ粒子、グルイーノとなる。

天文学では超対称性粒子は暗黒物質(ダークマター)の一つと考えられており、研究が進められている。

用語の所属
物質
関連する用語
複合粒子
反粒子

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