【素粒子のお話】素粒子の4つの力 - 強い力に弱い力、電磁気力と重力

以前までのお話で、わたしたちの身の回りのものを構成する物質粒子のクォークとレプトンに関するお話をしましたが、これだけではただ素粒子がばらばら散らばっている世界にしかなりません。

素粒子どうしをくっつけるための何かが必要になります。

それがこのゲージ粒子です。

素粒子の力って？

そもそも素粒子どうしにはたらく力ってなんでしょうか。素粒子がぶつかったりするわけではありません。

素粒子どうしが「なにか」をやりとりして、お互いに好きだったら引きあい（引力）、お互いに嫌いだったら反発しあう（斥力）のです。そのやりとりする「なにか」こそが、ゲージ粒子です。

ちなみにゲージ粒子がやりとりされたあとに、粒子の種類が変化するようなことがあります。好きと言われれば喜ぶし、嫌いと言われればしょんぼりするし、みたいな感じでしょうか？

これが素粒子の世界における力です。お互いに影響を及ぼしあうので相互作用などとも言われています。

4種類のゲージ粒子と4種類の力

素粒子がやりとりするゲージ粒子は4種類あります、つまり力は4種類あるんです。（ただし上に出てきた素粒子の一覧には重力を伝えるグラビトンというゲージ粒子ははいっていません。なんといまだに見つかっていないのです。あるといいな。）

電磁気力を伝える光子

素粒子の4つの力のうちのひとつ、電磁気力は比較的わかりやすい力です。わたしたちの身の回りにも見られる電気や磁気の力と同じものです。これを伝えるはたらきをしているのは光子、つまり光です。光が電気や磁気の力を伝えています。

重力を伝える重力子

重力もわかりやすいですね。質量のあるものをひきつけあう力です。いわゆる重さと呼ばれるものです。これを伝えるといわれているのが重力子なのですが、いまだに未発見。見つかるといいな。

強い力を伝えるグルーオン

ここからは少しよくわからなくなってきます。素粒子の世界では強い力というものがあり、これはクォークどうしをくっつける力です。これを伝えているのがグルーオンと呼ばれるゲージ粒子です。また原子核を形作っているのも、この強い力によるものです。

なぜ強い力と呼ばれるかといえば、電磁気力よりも強いから。

弱い力を伝えるウィークボソン

これもわかりにくい力です。クォークとレプトンはときどきその種類を変えてしまうような現象が起きるのですが、そのときにはたらく力のことを弱い力、やりとりされるのがウィークボソンと呼ばれる3種類の粒子です。あまり身近には感じにくい力ですが、太陽の中で起きている水素と水素がくっついて重水素と呼ばれるものに変化する核融合反応ではとても重要な役割をはたしています。

なぜ弱い力と呼ばれるかといえば、電磁気力よりも弱いから。

力の伝わる距離と強さ

ちなみにそれぞれの力ごとに伝えることのできる距離が異なります。重力と電磁気力はどこまでも遠くまで伝えることができるのですが、強い力と弱い力はとてもとっても短い距離にしか届きません。身の回りに感じられにくいのはこのためです。

また重力は他の力と比べてとても弱いです。そのため素粒子実験の世界では無視されることがほとんどです。さみしい。