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「質量の起源」と「神の粒子:ヒッグス粒子」について

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ここでは、質量の起源について書き、最後にヒッグス粒子について書きます。

質量とは、「運動状態(静止or動いている)の変わりにくさ」を表します。その事を考慮の上で、以下の記事を書きます。

超伝導状態は、物質を低温にする事で実現します。
その時に物質に光が入ると、光はあたかも質量を持つ状態になります。

その時の電子の状態を明らかにしたがBCS理論です。それによると、物質を極低温にしていく時、ある温度になった途端、各々の電子はペアを作り、そしてペアの集団を組むことで、電子の数が不明になります。つまり、電子の数が保存されないということです。

ネーターの定理によると、電子の数が保存されるならば、それに関連する対称性があると言われます。しかし電子の数が保存されないので、対称性はないと言えます。つまり電子の数がわからなくなると、対称性が破られると言えます。

これは、こちらから意図していないのに自分勝手に対称性が破られていると言え、これを自発的対称性の破れと言います。

この時、南部・ゴールドストーン粒子が発生し、光と混ぜ合わせることで、光が質量を持つのです。

この理論を用いてフェルミ粒子が質量を持つ仕組みを考えたのが南部陽一郎氏です。
まず、カイラル対称性とは、どちらか一方のスピンの粒子だけを入れ替える対称性です。
南部陽一郎氏は、粒子が質量を持つと観測の仕方によってスピンの向きが変わるならばカイラル対称性が破れていると考えました。
(質量を持たない光子は、追いつくことができないので、スピンの向きは常に変わりません。)

そこで、フェルミ粒子が質量を持つとカイラル対称性が破れているならば、カイラル対称性が自発的に破れる理論を作れば、粒子が質量を持つ仕組みを説明できるのではないかと考えられました

その時に導入したのがヒッグス場です。

ヒッグス場が高いエネルギーを持った状態のことをヒッグス粒子と言います。


研究の結果、ヒッグス場があることで質量を少し持ち、カイラル対称性の自発的破れにより、さらに質量が生じることで、真空から物質になるという結論を得ました。つまり質量の起源は、ヒッグス粒子にあるのではなく、ヒッグス場とそれを取り巻くフェルミ粒子の自発的対称性の破れにあります。

 

質量の起源は、粒子がヒッグス粒子とぶつかり、その摩擦力が質量の起源と紹介している記事がありますが、間違いです。最初に言いましたが質量とは、「運動状態(静止or動いている)の変わりにくさ」を表します。もし摩擦が生じますと、すでに動いているものは止まってしまい、質量とは、「運動状態の変わりやすさ」という全く正反対の定義になります。なので、ご注意ください。

 

質量を考える時はヒッグス場を考えるのであって、ヒッグス粒子はあくまでもおまけに過ぎないという事です。ヒッグス粒子を発見すると、ヒッグス場がある事を意味するという事です。

 

この題名では神の粒子:ヒッグス粒子と名ずけましたが、実際はヒッグス粒子をなかな見つけられないことからGoddamn particle(忌々しい粒子)と名ずけられましたが、これでは教育上悪いので、編集者はGod Particle(神の素粒子)と名ずけています。


【参考資料】
大栗博司「強い力と弱い力」幻冬舎 (2013/1/30)
南部陽一郎「クォーク 第2版」講談社 (1998/2/21)
国広 悌二「別冊数理科学 クオーク・ハドロン物理学入門」サイエンス社; 不定版 (2013/8/30)

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Comments from NEMber
づ~
2018-10-14 17:25:30ID:3691

う~ん...むずかしい...むずかしいが.....読みたくなる

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