素粒子

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物理学において素粒子(そりゅうし)とは、物質を構成する最小の単位のことである。

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、従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。

現在のところ物質を構成する素粒子と考えられているものは、クォークレプトンである。だが、これら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、クォークやレプトンは素粒子ではないということになる。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のスケールにおいても点とみなすことができる大きさである。

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。


目次

素粒子の分類

ボソン(ボース統計に従う粒子)

フェルミオン(フェルミ統計に従う粒子)

  • レプトン(6種類)
  • クォーク - ハドロンの構成要素とされる。(6種類)
    • 上系列 - 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
      • チャームクォーク
      • トップクォーク
    • 下系列 - 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
      • ストレンジクォーク
      • ボトムクォーク

クォークとレプトンの分類表

クォークレプトンは以下のように世代によって分類される。
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。

電荷 第1世代 第2世代 第3世代
クォーク
+2/3 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)
-1/3 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
-1 電子 (e) ミュー粒子 (μ) タウ粒子 (τ)
0 電子ニュートリノe) ミューニュートリノμ) タウニュートリノτ)

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