【素粒子のお話】 クォークってなに?
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【素粒子のお話】 クォークってなに?

Akimoto, Yuki|Higgstan

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この世界にある物質のもとになっている素粒子のクォークレプトンですが、それぞれ持っている電気の大きさで2種類に、「世代」と呼ばれるグループ分けで3種類に、それぞれであわせて6種類が存在しています。

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クォークだとこのような感じになります。どれも不思議というかどうしてそうなったって名前がついていますが、あまり気にしないでください。物理屋さんもあまり気にしていないと思います。

電子が持っている電気の量はマイナスなので、このマイナスを外した大きさの2/3の電気を持っている(プラスです)のが上にあるアップクォーク、チャームクォーク、トップクォークの3種類、電子の持っている電気の量の1/3の電気を持っている(マイナスです)のが下にあるダウンクォーク、ストレンジクォーク、ボトムクォークになります。

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このクォークどうしがくっつくことで物質のもとになります。アップクォーク2個とダウンクォーク1個がくっついたものが陽子、アップクォーク1個とダウンクォーク2個がくっついたものが中性子です。このようにクォークがくっついでできたもののことをハドロン、とくに3個のクォークがくっついてできた陽子や中性子のようなもののことをバリオンとよんでいます。

クォークの基本的な知識はここまで。あとは覚えなくてもいいです。

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前のお話にもあったように、わたしたちのまわりの物質のほとんどはアップクォークとダウンクォークの2種類によって作られてしまっています。ですので、6種類あるクォークのうちの3種類(アップ、ダウン、ストレンジ)しか知られていませんでした。

そんなとき、小林誠先生と益川敏英先生が「いまのような宇宙になるには、全部で6種類のクォークがないとダメないんじゃない?」という小林・益川理論を1973年に発表したのです。

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この予言通り、残りの3種類のクォーク(チャーム、トップ、ボトム)が発見されました。小林先生と益川先生すごい。


6種類あるクォークの重さはみんな違います。基本的に世代が後ろになるほど重くなるのですが、第3世代のトップクォークの重さはちょっと普通ではありません。なんと鉄原子3個分くらいの重さがあるのです。

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アップクォークとダウンクォークがくっついてできるのが陽子と中性子、陽子と中性子がくっついてできるのが原子核、原子核のまわりを電子がまわってできるのが原子です。その原子と同じような重さを持っているのが、トップクォークです。ちょっとよくわからなくなってきます。

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なぜトップクォークがこんなに重いのか、残念ながらわかっていません。もしかしたらトップクォークは素粒子ではなく、なにか知らない素粒子がくっついてできているものなのかもしれません。謎です。謎なんですが、ここに新しい素粒子物理学のきっかけが埋まっているのかもしれないのです。

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Akimoto, Yuki|Higgstan
秋本祐希。ひっぐすたんのひと。素粒子とイラストが好き。