素粒子とは何か

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素粒子とは何か

物質をどんどん小さくしていった時に、最後にたどりつくものが素粒子です。

すべての物質は分子と原子でできています。

原子は原子核と原子核を取り巻く電子でできています。

そして、原子核は陽子や中性子でできています。

さらに陽子や中性子は3個のクォークで構成されていることが知られています。

素粒子は大きく3つに分けることができます

  • 物質を作る素粒子-「フェルミ粒子」
  • 力を伝える素粒子 -「ゲージ粒子」
  • 質量を与える素粒子 -「ヒッグス粒子」

素粒子のフェルミ粒子はクオークとレプトンのグループに分かれる

素粒子クオークのグループ

  • アップとダウン
  • チャームとストレンジ
  • トップとボトムがありそれぞれが対になっています。

素粒子レプトンのグループ

  • 電子と電子ニュートリノ
  • ミューとミューニュートリノ
  • タウとタウニュートリノがありそれぞれが対になっています。

電子はレプトンに分類される素粒子に入ります。

たとえば、ヒトを素粒子に分解してみると

・ヒト → 細胞 → 分子 → 原子 → 原子核(陽子と中性子)、電子 のようにわけられます。

原子の構造を素粒子で見る

原子は原子核と電子で構成されています。

さらに、原子核は陽子と中性子で出来ています。

陽子の数を原子番号といい、電荷をもたない原子においては、原子番号は電子の数に等しくなっています。

陽子は素粒子のフェルミ粒子のクオーク族の中の、アップクオーク2つとダウンウオーク1つで出来ています。

中性子は素粒子の、クオーク族のアップクオーク1つとダウンウオーク2つで出来ています。

  • 陽子は +の電気をおびています。
  • 電子は -の電気をおびています。
  • 中性子は 電気をおびていません。

通常の状態では原子核の+の電気と電子の-の電気の量の合計は原子全体ではゼロになっていることです。

電気素量=素電荷

  • 電気量の単位となるもので、陽子あるいは陽電子1個の電荷に等しい。
  • 一般に記号はeを使う。
  • 電子は同じ電荷で符号がマイナスになる。

素電荷の大きさeは次の数値になります

$e=1.60217662×10~{-19}[C]$

原子を素粒子の電荷量で見る

・素粒子アップクオークの持つ電荷は2/3eクーロンであり
・素粒子ダウンクオークの持つ電荷は-1/3eクーロンとされています。

陽子の電荷量

素粒子アップクオーク2つと素粒子ダウンウオーク1つでできています。

電荷的には次のようになります。
$陽子の電荷量=\cfrac{2}{3}e×2+\left(-\frac{1}{3}e \right)=e[C]$

中性子はクオーク族

アップクオーク1つとダウンウオーク2つでできています。

電荷的には次のようになります。
$中性子の電荷量=\cfrac{2}{3}e+\left(-\frac{1}{3}e×2 \right)=0[C]$

電子の持つ電荷は -e[C]

従って原子を電荷量で見ると、陽子+e、中性子が0、電子-eなので合計すると電気的に0(ゼロ)になります。
原子は原子番号=陽子の数=電子の数となっています。

以上で「素粒子とは何か」の説明を終わります。

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