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【キッズ・サイエンティスト】ヒッグス粒子と質量

2024-08-16 18:52:59 | 科学技術・宇宙・量子・物理化学・生命・医学・生物学・脳科学・意識・人類史

現在の素粒子像「標準模型」


 

 

 

物質はクォークとレプトンからできていプトンからできています。クォークもレプトンも6種類みつかっており、それ以上はなさそうです(図1参照)。

それらの物質粒子の間に働く力(相互作用)には強い力、電磁力、弱い力および重力の4種類があります。これらの力を伝える媒介粒子として、8種のグルーオン(強い力)、光子(電磁力)、3種のウィークボゾンW+,W-,Z(弱い力)があります。

粒子間に力が働くためには粒子がそれに対応したカラー(強い力)、電気(電磁力)、ウィーク電荷(弱い力)とよばれる「電荷」を持っているからです。クォークは強・電・弱の3つの力を感じるのはそれらの3つの「電荷」をみな持っているからで、レプトンはカラーを持たず強い相互作用をしません。



相互作用のかたちは、場の量子論(ゲージ場理論)にもとづいています。強い力は量子色力学(QCD)、電磁力と弱い力はワインバーグ・サラム理論で記述され、この2つの理論を合わせて「標準模型」とされています。

この標準模型はすばらしい予言能力を持つ理論で、1電子ボルトの原子のふるまいから1千億電子ボルト(100 GeV)の高エネルギー現象までを厳密に計算することができるのです。量子力学と相対性理論の延長線上にある近代物理学の輝かしい成果と言ってよいでしょう。


素粒子の質量
表1.素粒子の質量
単位は百万電子ボルト(MeV)
粒子のなまえ 質量



アップ
ダウン
ストレンジ
チャーム
ボトム
トップ
3
6
120
1200
4200
174000



電子ニュートリノ
ミューニュートリノ
タウニュートリノ
電子
ミュー
タウ
~0
~0
~0
0.5
106
1777

ところが、標準模型が原理として用いているゲージ場理論が成り立つには、すべての素粒子の質量が厳密にゼロでなくてはなりません。

ところが表 1に示すように、クォークやレプトンは質量をもつことが実験からわかっています。 

この矛盾は、現在の宇宙が「ヒッグズ場」の中に浸っていると仮定すると解くことができます。

標準理論では、ビッグバン直後には、全ての素粒子が、何の抵抗を受けることもなく真空中を自由に運動できていたと考えます。

 

つまり、全ての素粒子に質量がなかった時代です。

しかし、ビッグバンから、10-13秒過ぎたころに、真空の相転移が起こり、真空がヒッグス粒子の場で満たされてしまったと考えられます。

これはちょうど水蒸気が冷えて、液化して水になる状況に例えられます。

宇宙の冷却とともに真空はヒッグス粒子の海になってしまったわけです。

クォークやレプトンはヒッグス場と反応し、あたかも水の中を泳ぐ魚のごとく、ヒッグス場によるブレーキを受けることになり質量のある粒子と同じふるまいをします(図2)。

光はヒッグス場とは反応しないので光速で飛び質量はゼロのままです。

図 2 . 現実はヒッグス場の海のなかにあり、ヒッグス場と反応する粒子は抵抗を受けて光速では飛べなくなる。これは質量を持つことと同等である。

 

現在の素粒子像「標準模型」

物質はクォークとレプトンからできています。

クォークもレプトンも6種類みつかっており、それ以上はなさそうです(図1参照)。

それらの物質粒子の間に働く力(相互作用)には強い力、電磁力、弱い力および重力の4種類があります。

 

これらの力を伝える媒介粒子として、8種のグルーオン(強い力)、光子(電磁力)、3種のウィークボゾンW+,W-,Z(弱い力)があります。

粒子間に力が働くためには粒子がそれに対応したカラー(強い力)、電気(電磁力)、ウィーク電荷(弱い力)とよばれる「電荷」を持っているからです。

クォークは強・電・弱の3つの力を感じるのはそれらの3つの「電荷」をみな持っているからで、レプトンはカラーを持たず強い相互作用をしません。



相互作用のかたちは、場の量子論(ゲージ場理論)にもとづいています。強い力は量子色力学(QCD)、電磁力と弱い力はワインバーグ・サラム理論で記述され、この2つの理論を合わせて「標準模型」とされています。

この標準模型はすばらしい予言能力を持つ理論で、1電子ボルトの原子のふるまいから1千億電子ボルト(100 GeV)の高エネルギー現象までを厳密に計算することができるのです。

量子力学と相対性理論の延長線上にある近代物理学の輝かしい成果と言ってよいでしょう。


素粒子の質量
表1.素粒子の質量
単位は百万電子ボルト(MeV)
粒子のなまえ 質量



アップ
ダウン
ストレンジ
チャーム
ボトム
トップ
3
6
120
1200
4200
174000



電子ニュートリノ
ミューニュートリノ
タウニュートリノ
電子
ミュー
タウ
~0
~0
~0
0.5
106
1777

ところが、標準模型が原理として用いているゲージ場理論が成り立つには、すべての素粒子の質量が厳密にゼロでなくてはなりません。

ところが表 1に示すように、クォークやレプトンは質量をもつことが実験からわかっています。 

 

この矛盾は、現在の宇宙が「ヒッグズ場」の中に浸っていると仮定すると解くことができます。

標準理論では、ビッグバン直後には、全ての素粒子が、何の抵抗を受けることもなく真空中を自由に運動できていたと考えます。

 

つまり、全ての素粒子に質量がなかった時代です。しかし、ビッグバンから、10-13秒過ぎたころに、真空の相転移が起こり、真空がヒッグス粒子の場で満たされてしまったと考えられます。

これはちょうど水蒸気が冷えて、液化して水になる状況に例えられます。

 

宇宙の冷却とともに真空はヒッグス粒子の海になってしまったわけです。

クォークやレプトンはヒッグス場と反応し、あたかも水の中を泳ぐ魚のごとく、ヒッグス場によるブレーキを受けることになり質量のある粒子と同じふるまいをします(図2)。


光はヒッグス場とは反応しないので光速で飛び質量はゼロのままです。

図 2 .

現実はヒッグス場の海のなかにあり、ヒッグス場と反応する粒子は抵抗を受けて光速では飛べなくなる。

これは質量を持つことと同等である。



ヒッグス粒子

ではヒッグス場は本当に存在するのだろうか?


電磁場が存在すれば光子があるように、ヒッグズ場が存在すればヒッグス粒子が最低1種類あるはずです。

ヒッグス粒子の性質は理論でよく予言されているので、どのような方法で発見するかはわかっています。



これまでの実験でまだ発見されていないので、ヒッグス粒子は114 GeV より重いはずです。

理論の予言もまた間接的実験結果も、ヒッグス粒子は 1000 GeV (1兆電子ボルト)より低い領域に存在すると強く示唆しています。

とくに 200 GeV より低い事がかなりの程度の確率で示唆されています。

このエネルギー領域には次世代の加速器LHC(スイスで建設中、2007年完成予定)やILC(計画中)で到達できるので、ここ10年以内にヒッグス粒子は発見される可能性が非常に高いのです(図3)。

 

 

図 3 .

ヒッグス粒子の存在する範囲をヒッグス粒子の質量の範囲で表わした図。
現存の加速器や将来加速器で発見できる範囲も示してある。

 

 

 

 

 

 
 
copyright(c) 2008, HIGH ENERGY ACCELERATOR RESEARCH ORGANIZATION, KEK

 

 


重力とは関係ない? 神の粒子「ヒッグス粒子」が生み出す質量とは何なのか?

2024-08-16 18:45:11 | 科学技術・宇宙・量子・物理化学・生命・医学・生物学・脳科学・意識・人類史


重力とは関係ない? 神の粒子「ヒッグス粒子」が生み出す質量とは何なのか?


https://www.youtube.com/watch?v=8IiibT3N7uQ

 

 


ウクライナ越境攻撃、「核の脅し」利かず 抑止論に一石

2024-08-16 18:28:39 | NATO・EU・ウクライナ・ロシア・中国・中東情勢


プーチン氏は12日の会議でもいらだちをあらわにした=スプートニク提供・ロイター

 

ウクライナ軍が6日に始めたロシア西部クルスク州への越境攻撃は、旧ソ連国家保安委員会(KGB)出身で情報工作にたけたプーチン大統領のお株を奪った格好になった。

核大国に対する史上初の大規模侵攻はロシアの核の脅しの空疎さも印象づけた。今回の奇襲劇は各国の安全保障の論議にも影響を及ぼす。

 

「我々はクルスク州でさらに前進を続けている」。ウクライナのゼレンスキー大統領は14日のSNSのメッセージで強調した。

同国軍幹部は欧州とロシアのガスパイプラインが通る要衝スジャの制圧を終えたと語った。

 

 

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ウクライナ政府は同日、同州の国境地帯をロシアの攻撃から自国を守るための「緩衝地帯」にすると発表した。

ウクライナ軍は15日には占領地域の管理にあたる軍司令官事務所の設置を公表した。戦闘の長期化に備え、防衛陣地の建設も急いでいる。

 

ウクライナ側は今回の作戦にあたり、徹底した情報統制をしいた。作戦に参加した兵員は日本経済新聞に「情報漏洩の防止のため、部隊の大半は直前まで越境攻撃することを知らされなかった」と明かした。

攻撃前に国境近くに軍部隊を集結させたが、ウクライナ側のスムイ州を防衛するための訓練の一環とされた。米メディアによると、情報漏れを防ぐため米国など同盟国への事前通告も控えたという。

 

ロシア側は同国との対立激化を恐れるバイデン政権がウクライナ軍の越境攻撃を容認しないとみていたようだ。このためクルスク州の防衛は徴集兵など練度の低い少数の兵力に任されていた。

これらの部隊は越境攻撃に完全に不意を突かれ、多数が潰走し捕虜にとられる事態になった。

ロシアの軍事ブロガーからは、事前に国境近くのウクライナ軍の集結を知りながら無策だった軍指導部への批判が相次いだ。

 

 

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ウクライナ軍が越境攻撃するロシア西部クルスク州で、人道物資を求めて集まる避難民(14日)=AP

 

身内すらだます高度な偽装工作は、冷戦時に西側と敵対してきたKGBの得意分野だった。プーチン氏にとって今回の失態は屈辱的だったようだ。

12日の政権幹部との会議で「西側は我々と戦争状態にある」と述べ、敵に裏をかかれたことへの怒りをにじませた。

 

越境攻撃は核大国ロシアとの全面対決につながる「レッドライン」を恐れ、ウクライナ支援を慎重に判断してきた西側諸国の姿勢にも一石を投じた。

プーチン氏は2022年、ウクライナで占領した「ロシアの土地」を奪回するいかなる試みも核攻撃による報復につながると警告し「これははったりではない」と語った。

 

今回の攻撃では、西側が関与していると断定する一方、従来のような核の脅しを控えている。同州の戦闘を「対テロ作戦」と位置づけ、ウクライナの攻撃を軽視するかのような構えをみせる。

政権の管理下にある国営メディアも、クルスク情勢について詳細な報道を控えている。インスブルック大のゲルハルト・マンゴット教授(国際関係学)は「情勢を見る限り、今回の攻撃の報復として核兵器が使用される可能性はない」と分析する。

 

実際、ロシアには米欧と軍事的に事を構える余力はなく、プーチン氏の脅しをブラフだとする見方も少なくなかった。

今回の攻撃でこうした認識が広がることで「ロシアを追い詰めるべきでない」とする融和論が後退するのは間違いない。

 

バイデン政権はなお、米供与の長距離ミサイルを使ったロシア領内への攻撃をウクライナに認めていない。

ただ米議会でも今回の攻撃を評価する声が広がっており、解禁を求める意見も出始めている。

 

 

核の非保有国が保有国の本土に侵攻した事例ができたことで、今後の核抑止の議論にも影響を及ぼす可能性がある。米国はかねて、ロシアにウクライナへの核使用を控えるよう強く警告してきた。

核使用は自国への多大な経済・軍事的打撃を伴うため、実際に踏み切るのは容易ではない。

 

1982年のフォークランド紛争でもアルゼンチンは英国領の島に侵攻したが、英国は核使用を控えた。欧州連合(EU)加盟国の高官は「今回の攻撃は、核の有効性を巡る幻想を問い直す機会になる」と語る。

(ウィーン=田中孝幸)

 

 

※掲載される投稿は投稿者個人の見解であり、日本経済新聞社の見解ではありません。

 

 

 

 

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岩間陽子
政策研究大学院大学 政策研究科 教授
ひとこと解説

ロシアは、モスクワまで攻め込まれても敵を押し返した経験を何度もしているので、今回の攻撃もそれほど打撃に感じていないかもしれません。

中期的には押し戻せると思っていれば、米中印が反対している核を使用する意味がありません。

米からの制裁の警告と、中国がロに対する支援を減らす恐れの両方があると、なかなか使いにくいでしょう。

ゼレンスキー氏は和平交渉に備えて、交渉材料としてロ領土を押さえているという説もありますが、おそらくは複数の可能性を同時に考えつつ、戦略的曖昧性を保って米大統領選の行方を眺めているのでしょう。

現状は奇襲が成功していますが、ウ軍とて人員が足りないですから、勢いがそうそう続くとは思えません。

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池上彰
ジャーナリスト・東京工業大学特命教授
ひとこと解説

ロシアの核戦略は、通常兵器による攻撃であっても、国家存続にかかわるような状況の場合には核兵器の使用がありうるというものです。

今回のように「国家存続にかかわる」レベルではない攻撃にロシアはたじろいでいます。

このレベルの攻撃には核の脅しが通用しないことを示しました。

核はやはり「使えない兵器」という認識も高まるでしょう。結局は通常兵器の増強が必要だということになってしまうのですが。

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ウクライナ侵略

2022年2月、ロシアがウクライナに侵略しました。戦況や世界各国の動きなど、関連する最新ニュースと解説をまとめました。

 

 
 
 
日経記事2024.08.16より引用
 
 
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
 
 
どのみち、プーチン・ロシアの勝利はない。 核を使えば、自動的にアメリカ、NATO諸国、イスラエルなどから自動的にクレムリンにむけて核ミサイルが発射される。 
それでプーチン終了。
 
後は、トランプらが国家反逆罪で逮捕。
 

 


ロンドン外為9時半 ユーロ、対ドルで横ばい圏 英ポンドは小高い 為替概況

2024-08-16 18:23:04 | 世界経済と金融

【NQNロンドン=蔭山道子】

16日午前のロンドン外国為替市場でユーロの対ドル相場は横ばい圏で推移し、英国時間9時30分時点は1ユーロ=1.0980〜90ドルと、前日の同16時時点とほぼ同じ水準となっている。

16日はユーロの取引材料となりそうな欧州の経済指標などは予定されていない。持ち高を傾ける動きは限られ、狭い範囲でもみ合っている。

 

英ポンドは対ドルで小高い水準での小動きとなっており、1ポンド=1.2880〜90ドルと前日の同16時時点と比べて0.0030ドルのポンド高・ドル安で推移している。

16日の取引で米長期金利の上昇に一服感が出ており、ポンド買い・ドル売りにつながった。新たな材料待ちという雰囲気があり、ポンド買い・ドル売りの勢いは鈍い。

 
 

 

 

 

日経記事2024.08.16より引用

 

 


人民元、対ドルで続落 16時30分時点は7.1680元

2024-08-16 18:20:20 | 世界経済と金融

【NQN香港=福井環】

16日の上海外国為替市場で、人民元の対米ドル相場は続落した。

16時30分時点では1ドル=7.1680元と、前日の同時点に比べ0.0069元の元安・ドル高で推移している。

 

15日に発表された中国主要経済指標を受け、中国人民銀行(中央銀行)の潘功勝総裁が追加の金融政策の可能性に言及した。当局の金融緩和姿勢が意識され、元売りが優勢だった。

人民銀は朝方、人民元レートの基準値を前日の基準値比で元安・ドル高方向に設定していた。

オフショア市場(中国本土以外の市場)では、人民元は1ドル=7.17元台前半で取引されている。

 
 

 

 

 

 

日経記事2024.08.16より引用