素粒子とは

素粒子とは全ての物質 を構成するこの世界で最も基本的な存在であり、右の図(出典:AAAS homepage)に示すように様々 な種類のものが知られています。我々の観察する多種多様な現象は、全てこの素粒子の性質とその間に働 く力がもとになって起っており、従って素粒子物理学は我々が自然をより深く理 解するためには欠くことのできない重要な研究分野です。素粒子の世界は我々の直感 と相反するような不思議な世界であり、未だによく理解されていない部分が数多 く残されています。

素粒子の種類

例えば 物理学や化学で馴染みの深い電子は素粒子の一員です。電子の性質は質量、電荷、スピ ン、フレーバーという4つの量子数で特徴づけられます。図1で電子の隣のミュー粒子 やタウ粒子はそれぞれ質量は電子と異なりますが、それ以外は同じ量子数をもつ 素粒子です。またクォークという素粒子はカラーと呼ばれる量子数を持ち、 電子とはことなる性質を示します。この様に個々の素粒子はその量子数によって区別 されています。

四つの力

我々の世界には、重力、電磁気力、強い力、弱い力の4種類の力が存在すること が分かっています。それぞれの素粒子に働く力はその粒子が持つ量子数と深く関 係しています。質量を持つ粒子には重力が、電荷を持つ粒子には電磁気力 が作用します。同じようにカラー、フレーバー量子数に対してはそれぞれ強い力、 弱い力が働きます。

現代の素粒子理論では、粒子間の相互作用はゲージ粒子という素粒子を交換する ことで生ずると理解されています。例えば2つの電子の間に働くクーロン力(電 磁気力)は、ゲージ粒子の一種である光子(光)を交換することによって生じま す。

標準理論

上に挙げた素粒子理論の体系は標準理論と呼ばれおり、膨大な実験結果に支えら れ、非常に精密に検証されています。しかし一方でこの理論は様々な問題点を含 んでおり、これを越える新たな理論の研究が現在盛んに行われています。

我々の研究室では、標準理論に基づく、あるいは標準理論を越える理論の構築を 目指した理論的研究を行っています。