やさしい物理講座ｖ17「量子力学から考察した素粒子の光子（フォトン）と重力子（グラビトン）とヒッグス粒子の考察」

今回は、量子力学の素粒子から質量の問題に迫ってみる。これは、くどいようであるが、「光が重力で曲がる」という仮説が間違いであることの援用のためである。量子力学にはほとんどの方に縁遠い学問で馴染みがないでしょうがお付き合いください。

　　　　　　　　　　　　　　　　2021.11.19

　　　　　　　　　　　　　　　　さいたま市桜区

　　　　　　　　　　　　　　　　理論物理研究者　田村　司

はじめに

次に挙げるデータは巻末の参考資料から活用させてもらった。

素粒子表

粒子名 記号
粒子　　（反粒子） スピン 　質量[GeV] 　平均寿命[s] 　媒介する相互作用
光子 γ　　（γ）　　　 1 　　　0 　　　　　安定 　　　　電磁相互作用
グルーオン g　（g） 　1　　　 0 　　　　　− 　　　　　強い相互作用

素粒子の分類

ボソン（ボース統計に従う粒子）

ゲージ粒子・

・・素粒子間の相互作用（力）を伝え運ぶ粒子。

それぞれの相互作用に応じて以下の種類がある。
光子（フォトン） - 電磁相互作用を媒介する。γで表されることが多い。

ウィークボソン - 弱い相互作用を媒介する。質量を持つ。

Wボソン - 電荷±1をもつ。W+, W−で表され、互いに反粒子の関係にある。
Zボソン - 電荷をもたない。Z0と書かれることもある。
グルーオン - 強い相互作用を媒介する。カラーSU(3)の下で八種類存在する。
重力子（グラビトン） - 重力を媒介する（未発見）。標準模型には含まれないが、素粒子論で取り扱う素粒子のため掲載。

ヒッグス粒子

素粒子に質量を与える。

光子はヒッグス場からの抵抗を受けないため相転移後の宇宙でも自由に動き回ることができ、質量がゼロであると考える。
フェルミオン（フェルミ統計に従う粒子）
フェルミオン

物質を構成する粒子。

クォークとレプトン

に大きく分けられる。

更にそれぞれが二系列に分けられ、三世代ずつの計6種類が発見されている。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。

クォーク -

 強い相互作用をする。ハドロンの構成要素とされる。
上系列クォーク - 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 (u)
チャームクォーク (c)
トップクォーク (t)
下系列クォーク - 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 (d)
ストレンジクォーク (s)
ボトムクォーク (b)

レプトン - 

強い相互作用をしない。
ニュートリノ - 電荷を持たない。標準模型の範囲では反粒子の存在が必然ではない。
電子ニュートリノ (νe)
ミューニュートリノ (νμ)
タウニュートリノ (ντ)
荷電レプトン - 電荷−1を持ち、それぞれに反粒子が存在する。
電子 (e) - 原子の構成要素として一般によく知られる。電子の反粒子は陽電子と呼ばれる。
ミュー粒子 (μ)
タウ粒子 (τ)

結論

光子は素粒子の構成分類上「ゲージ粒子」（素粒子間の相互作用（力）を伝え運ぶ粒子）として振舞う。

具体的には、光子（フォトン）は電磁相互作用を媒介する。

そして質量をヒッグス粒子の「素粒子に質量を与える」作用は光子（フォトン）には及ばないとされ、つまり、光子はヒッグス場からの抵抗を受けなず、自由に動き回ることができ、質量がゼロであると考える。

故に、質量０の光子（素粒子）には当然、重力の影響を受けて曲がることはない。

なお、重力子（グラビトン）は発見されておらず、光子（素粒子）との関係は解説不可であるが、質量０の光子（素粒子）に重力の媒介の作用はないと思われる。以上

参考文献・参考資料

ゲージボソン：相互作用を媒介する素粒子

https://japanknowledge.com/contents/common/soryushi.html

素粒子表