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素粒子の標準模型


私たちが研究している素粒子物理学において,素粒子の有り様とその振る舞いを現在最も正確に記述している理論が「標準模型」と呼ばれているものです。

標準模型は,自然界を構成する基本粒子である素粒子とそれらの間に働く力(相互作用と呼ばれます。)で構成されています。
 自然界を構成する粒子は,大まかに分けて,原子核を構成する力を感じる事ができる粒子群(クォークと呼ばれます。)とその力を感じない粒子群(レプトンと呼ばれます。)になります。それらは,下に示されますように,それらはまた,それぞれ2種類からなる3グループ(世代と呼ばれています。)に分かれていて,合計6種類あります。

  • 物質を構成する基本粒子
    • クォーク
      1. 第1世代:u-クォーク,d-クォーク
      2. 第2世代:c-クォーク,s-クォーク
      3. 第3世代:t-クォーク,b-クォーク
    • レプトン
      1. 第1世代:νe;電子ニュートリノ,e;電子
      2. 第2世代:νμ;ミューニュートリノ,μ;ミュー粒子
      3. 第3世代:ντ;タウニュートリノ,τ;タウ粒子
    これらをまとめてまんが的に図示すると,下のようになります。 (図をクリックすると拡大されます。)
  • 基本粒子の間に働く力と,それを担う粒子(場の理論では,力はそれを担う粒子の交換によって働くものと考えられています。)
    • 強い相互作用(原子核を作る力): グルオン
    • 電磁相互作用(電気,磁気の力): 光子
    • 弱い相互作用(原子核の崩壊等を起こす力): Wボゾン,Zボゾン
  •  その他に,未だ見つかっていませんが,「質量を生み出す力⇔ヒッグス粒子」があります。

 「ニュートリノ物理」のページでも説明しましたが,標準模型は,四つの基本的な力のうち,重力以外の三つの力の振る舞いを記述しています。そしてこの理論は過去30年に渡って,殆ど全ての実験事実を説明することに成功してきました。しかし,重力の記述がふくまれていないことや,記述されている三つの力が,宇宙創成の初期にそうであったと予想されているように,「統一」されていない事など,まだまだ完成された(究極の)理論とは言えません。また,実験的にも,その「ほころび(ニュートリノ振動によるゼロでないニュートリノ質量の観測など)」も見つかりつつあります。これらのことから素粒子物理学研究においては,次世代の理論構築が最重要課題となっています。