その名はヒッグス粒子

いよいよ始まりましたね。　オリンピック。昨日からずっと見てるんですけど、やっぱりその難しさを感じさせられる、そんな大会となってますね・・・。
金メダルを有力視されてた福見さんが結局銅メダルも獲得できなかったり、決勝まで進んだ平岡選手が決勝であっさりと一本負けを帰したり。

そんな中でも気になるのはやっぱり体操。　内村くんです。柔道を見てて、開始したのに気付かず、吊り輪の途中から見たんですけど、どうも鉄棒で落下したらしい・・・。

まあ、体操は予選の記録は決勝に持ち越されないので、決勝に期待、というところでしょうか。
それにしても跳馬、平行棒と、とても素敵な演技を見せてくれました。思わず拍手です。

しかし見てて面白いのは、山室選手。まあまあミスしてるんですけど、なんか、飄々とした表情で、「うん。まぁ仕方ないんじゃない？」みたいな表情がいいッス。んで、それでも日本の合計得点は中国を上回っているらしい。

中国の演技も見てみたいな。

とはいえ、素敵なニュースも飛び込んできてるみたいで。　
三宅宏実選手の銀メダル。


惚れてしまいそうなくらい素敵な笑顔です。

そして高校生萩野くんの銅メダル。
・・・と。この記事はオリンピック記事じゃなかった。

オリンピックはまだ始まったばかり。ぜひぜひ日本選手たちの活躍に期待したいですね。

さてさて。　宇宙を満たす波の続きです。

内容がちょいと難しいのでおさらいをしてみます。


物理学の世界の中では、この世の中のありとあらゆる力は、「４つの力」に統合されます。

それが、強い順に
「強い力（核力）」
「電磁力」
「弱い力」
「重力」

の４つです。電磁力と重力は想像できると思うのですが、「強い力」と「弱い力」についてはきっとイメージしにくいはず・・・。
このうち、「強い力」はまだイメージしやすいでしょうか。

前記したとおり、「強い力」とは「核力」とも呼ばれる力のこと。原子核の中心で、「陽子」と「中性子」を強く結びつけている力のことです。
この力は、「パイ中間子」という、いわば糊（のり）のような粒子（中間子とは素粒子ではなく、『ハドロン（強粒子）』と呼ばれる、いくつかの素粒子が結び付いた粒子です）を力を伝える媒体として間に挟んで結びついています。

イメージからすると、磁石のＳ極とＮ極の間に、鉄板を挟んでいるようなイメージです。
磁石の場合、鉄板があろうがなかろうがＳ極とＮ極はくっつきますが、陽子と中性子の場合、この鉄板に相当する『パイ中間子』が存在しないと、お互いにくっつくことが出来ません。

実は、「磁力」と同意義である「電磁力」。これも、実はＳ極とＮ極の間に鉄板に相当する粒子を挟み込んでいます。
それは、「光子」。つまり光の粒子のことです。光の粒子は、のんきたちが見ているときは「粒」。つまり粒子として存在しているのですが、のんきたちが見ていない時には「波」に変わります。

写真で撮影すると「粒子」として撮影できるのですが、波と同じようなふるまいをする・・・と、そんなイメージです。

つまり、Ｓ極とＮ極の間は「光子」という波で満たされていて、＋極から－極に向けて「電磁力」というエネルギーが光子という波を伝って流れているのです。
このときのエネルギーの強さによって、つまり光が色を変えたり、人体に妙な作用を繰り広げたりする、と。

光子って蓄電池みたいなもんなんですね。
その伝わる距離は無限。そして光と同じ速さで伝播します。

ただし、そのエネルギーは距離の二乗に反比例して弱くなる・・・と。

という理屈でいうと・・・実は前回の記事でのんきは嘘を言っておりました。

ちなみにこのとき放出された「電子」のことを「ベータ線」って呼びます。ベータ線ってなんだかむちゃくちゃ恐ろしい物質みたいですけど、結局電子（もしくは陽電子）のことです。　ちなみに携帯電話からは電磁波が放出されまくってますから、携帯電話を保有している限り、人間は永続的に「ベータ線」を浴び続けていることになります。

電磁波とは＝β線のことではなく、光の波のこと。そこに蓄えられているエネルギーの量によって「ガンマ光子」になったり「赤外線光子」になったりする、と。
ですから、携帯電話やＴＶから放出されている電磁波は、いわゆる「放射能」とは別物でした。お詫びいたします。m(__)m


脱線しました。また、「重力」についても「光子」や「パイ中間子」と同じように、「重力」という力を伝播する媒体が存在する、と考えられています。まだ発見されてませんが。

その媒体を「グラヴィトン（重力子）と言います」

この媒体が力を伝播することのできる距離はその媒体となる粒子の質量に依存するのだそうです。ちなみに重力が伝播する距離も電磁力と同じく「無限」。だとすると、グラヴィトンの正体もまた、質量のない粒子ということになるのでしょうか。


さて。　残る３つ目の力、「弱い力」。これ、調べると「β崩壊を起こす力」という情報が出てきます。

前回の記事でもお伝えしたとおり、この「β崩壊」とは、すなわち、「中性子」が「陽子」に変わる現象のことを言います。

ちなみに、逆に「陽子」が「中性子」に変わる現象のことも「β崩壊」というのだそうですよ。

後者の「β崩壊」を説明するとまた時間がかかるので、今回は前者の「β崩壊」について。

β崩壊が起きるとき、中性子は「電子ニュートリノ」という粒子から「Ｗ粒子」という素粒子を経由して、「弱い力」を受け取って陽子に変わります。

そして電子ニュートリノは「電子」に変わるのです。

さて。この「Ｗ粒子」。前回の記事でもお伝えしたとおり、陽子の１００倍もの質量を持っています。

電子ニュートリノの質量はほぼゼロ。
つまり、質量が限りなくゼロに近い粒子が陽子の１００倍もの質量を持った物質を吐き出し、そして質量のある「電子」に変わるというのです。

じゃあ、その質量はどこから生まれたんだ！
という疑問がわいてきますね。

前回の記事でもお伝えしたとおり、グラショーの計算式でも、このＷ粒子の質量はゼロじゃないとおかしい。

おかしいはずなのに現実は違う。ゼロどころか、素粒子が３つ（厳密にはグル―オンという「強い力」を伝播する別の粒子も存在しています）結合した「陽子」の１００倍もの質量を有する。

しかも登場したらあっという間に崩壊してしまう不安定な粒子で、弱い力を伝播する距離も限りなく短い。すなわち、どの現象もすべてＷ粒子に質量があることを指示しているのです。

　何故でしょう。

　そうです。このＷ粒子にこれほどの質量を与えた粒子が存在するのです。

その名はヒッグス粒子！

つまり、電子ニュートリノからＷ粒子が生じたとき、その瞬間はＷ粒子の質量はゼロであったのですが、誕生した瞬間に質量が生まれた・・・。

電磁力の説明をするとき、「光子」はのんきたちが目で見ているときは「粒子」なのですが、見ていない時は「波」としてふるまうということをお伝えしましたね。

実は「ヒッグス粒子」も同じ。実は、この宇宙空間、この地球上も含めて、すべての空間は、「ヒッグス場」という波で満たされているのです。

たとえば、磁石は、鉄分を含む砂鉄を引き寄せますが、鉄分を含まない、普通の砂は引き寄せませんね。

同じ金属でも、鉄には強く影響しますが、その他の金属へはあまり影響を及ぼしません。

「ヒッグス場」も同じ。ヒッグス粒子に対して、反応しやすい素粒子と、そうではない素粒子が存在します。「ヒッグス場」とはすなわち「動きにくさ」のこと。空気で満たされた空間では、のんきたちはあまり動きを制約されることなく、自由に動き回ることが出来ますが、水の中に入ると途端に動きにくくなりますね。

ですが、同じ水の中でも、「光」は影響を受けることなく通り抜けてしまいます。

同じように、「ヒッグス場」の中では、「ヒッグス場の影響を受けやすい素粒子」と「影響を受けにくい」もしくは「全く受けない」素粒子が存在するのです。

そして、その「動きにくさ」こそ、素粒子の持つ質量の正体なのです。

この宇宙空間が誕生した瞬間、空間に存在するありとあらゆる物質は「質量」を持っていませんでした。光の粒子と同じように、自由に飛び回り、何の影響を受けることもなく、どこまでもたどりつくことが出来たのです。

こちらの記事で、宇宙空間が、素粒子の大きさと比較しても、はるかに小さな・・・というのもおこがましいくらいわずかな空間が、一瞬・・・ということすらおこがましいほど限りなくわずかな時間の間に、たった１ｃｍの空間にまで膨張したことで、「過冷却」という状況に陥り、過冷却によって生まれたエネルギーが、138億年後に、現在の規模の宇宙空間を生じるほどのすさまじい大爆発（ビッグバン）を起こす起爆エネルギーとなり、たった１ｃｍの空間は大膨張を起こしたことをご説明しました。

誕生した瞬間は、ものすごいエネルギーと熱を持った空間がそこにはあったことと思います。空間は急速に膨張し、膨張した空間にエネルギーは拡散します。

元々「過冷却」が原因で起きた大膨張ですから、その空間は急速に本来の温度へ戻ろうと急速に温度を下げます。

そして、ものすごいエネルギーの中で、ありとあらゆるものが全く同じ存在であるかのようにしてそこに存在していたのですが、急速な冷却の影響で、『相転移』を起こし、その形状を変化させます。

そう。まるで「水蒸気」が「水」や「氷」に変化するように。
このことを「自発的対称性の破れ」っていうんだそうですよ。　この理屈を発表して南部博士や小林博士、益川博士はノーベル賞を受賞したんですね～～。

そして、そんな「相転移」が起きる中で、「ヒッグス場」も誕生しました。

物理学者たちの間では、そんな「ヒッグス場」の元となるヒッグス粒子は、「最初から存在した」というのが定説になっているんだとか・・・

だけど、こんなご都合主義で今、のんきたちが暮らす空間は成立しているのかと思うと、なんだかいろんなことで悩んだり苦しんだりすることもバカらしくなります。


今回発見された「ヒッグス粒子」。どんな経緯で発見されるに至ったのか。
次回記事ではそんなことを話題にしてみたいと思います。




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