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陽子崩壊

辞書:科学用語の基礎知識 素粒子・用語編 (NPARTY)
読み:ようしほうかい
外語:proton decay 英語
品詞:名詞
2006/06/30 作成
2011/03/17 更新

陽子が壊れること。理論は提唱されているが、確認されていない。

標準模型(標準モデル)では陽子の寿命は∞とされている。つまり、物質には寿命がなく永久に安定である、ということである。

ところが、4種類の基本相互作用のうちの3種類(電磁相互作用弱い相互作用強い相互作用)までを統一しようという理論「大統一理論」では、この陽子に寿命があることを要求しており、陽子が崩壊して他のより軽い粒子になる、としている。大統一理論はクォークとレプトンを区別しないことから、クォークがレプトンに変わる相互作用が発生し、陽電子π中間子0中間子)、などの組み合わせに変化する。

もし陽子崩壊を発見できれば、大統一理論が正しいという証拠になる。これは同時に、物質には寿命があり、宇宙は永久不変ではない、つまりこの世界には寿命があるということになる。

観測

2002(平成14)年、小柴昌俊が「天体物理学、特に宇宙ニュートリノ検出の開拓に貢献」としてノーベル物理学賞を受賞した。

小柴博士率いる研究チームはニュートリノ観測施設としてスーパーカミオカンデを建設し、この偉業を達成した。しかし元々、カミオカンデは別の目的で開発されたもので、それは陽子崩壊の観測のためだった。

現在のスーパーカミオカンデは、ニュートリノ観測だけでなく、従来どおり陽子崩壊の観測にも使われている。しかし現時点において、陽子が崩壊している証拠と見込まれる崩壊現象は観測されていない。

宇宙の崩壊

いずれ物質を構成する基本的な粒子である陽子が崩壊し数を減らすということは、物質は徐々に崩壊し、やがて宇宙から物質がなくなることを意味している。

しかしスーパーカミオカンデでは陽子崩壊は観測されておらず、陽子の寿命は少なくとも1033年(10年)以上あるとしている。

  • 10の33乗年 = 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 年

もし陽子崩壊が起こるなら、将来的に宇宙の全ての物質は原子レベルで崩壊し、最終的には陽子崩壊で作られた光子や素粒子のみとなる。

なお、空間に寿命があるかどうかはまだ定かではなく、宇宙空間すら残らない可能性を唱える仮説も存在している。

崩壊

いくつかの説では、陽子の半減期は1036年(1年)としている。その根拠は不明。

そして陽子は、次のように崩壊するらしい。

陽電子光子は、それぞれ寿命が∞とされている。

陽電子だけでなくニュートリノも作られるとする説があるが、ニュートリノの寿命は不明で、最後まで残るかは定かではない。

用語の所属
大統一理論
関連する用語
陽子
ニュートリノ振動

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