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ヒッグス粒子(Higgs boson)とは

Posted by moonrainbow on 01.2013 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
ヒッグス粒子(Higgs boson)を解り易くまとめてみました

☆宇宙や世界は何で出来ているのか?

138億年前に数学的に「ゼロ」、哲学的に「無」からビッグバンが起き3億年後に塵やガスが泡状に分布され、その密集した部分にファーストスターや銀河が誕生して現在の宇宙があります。宇宙空間には4.9%の物質と95.1%に未だ解明されていない「暗黒物質」や「暗黒エネルギー」に宇宙は支配されています

その宇宙空間の68.3%をしめる「暗黒エネルギー」内は全く解明されていませんが、26.8%の「暗黒物質」や4.9%の物質のある宇宙空間には「ヒッグス理論」による質量のない16種類の素粒子と「ヒッグス粒子」に覆われています

宇宙のはじまりから現在までの模式図です
図 1.  宇宙のはじまりから現在までの模式図です。無からのはじまり、インフレーション、ビッグバン、宇宙の晴れ上がりなどが時間の流れに沿って示してあります。 ( 東京大学大学院理学系研究科物理学専攻・佐藤勝彦研究室(注:図には未だ137億年と表示されています)

宇宙に存在する「暗黒物質」
図 2.宇宙を満たす暗黒物質(提供:ESA)

宇宙の構成 jpg
図3.「ダーク・マター(暗黒物質)」や「ダーク・エネルギー(暗黒エネルギー)」に支配された新しい宇宙の構成分布図

標準モデルの世界
図4.現代物理学の「標準理論」での17種類の素粒子です。物質は6種類のクォークと6種類のレプトンから構成され、クォークとレプトンは対応する3つの世代に分類されます。また、自然界の4つの力うち重力を除く力は、ゲージ粒子と呼ばれる素粒子が媒介して引き起こされると考えられています。今回発見されたのはヒッグス場の伴う粒子(未発見)にあるヒッグス粒子です

☆暗黒物質(ダーク・マター)と物質に存在される素粒子とヒッグス粒子

ヒッグス理論での「重さ=質量」とは:

現代物理学ではヒッグス理論を元に16種類の素粒子があり、素粒子は質量がゼロと考えます。唯一、このヒッグス粒子のみがが宇宙を構成するすべての物質に質量を与えていると考えます。ヒッグス粒子が16種類の素粒子にぶつかり合って動きにくくなり重くなるのでそれを質量だと考える事にするのです。この「動きにくさ」が、素粒子の「重さ」の正体です。ヒッグス粒子のおかげで、素粒子同士が結びつき、物質が生まれ、星や私たち人間もつくられたと考えられています。
この解説が解りにくいので、ここでは、ヒッグス粒子は「粒」ではなくて「場」と考える事とします。すなわち、[ヒッグス粒子]=[ヒッグス場(Higgs field)]と理解する事にします


解り易い「場」の説明として、例えば、磁場がある場所では鉄製の物体は引きつけられて動かなくなったりして影響を受けます
宇宙空間ではこの現象と同じ様に目には見えない「力」が他の16種類の素粒子の動きに影響を与えるのです
この動きにくさが質量となり、この影響を受ける場所が「ヒッグス場」となります
すなわち、この場が暗黒物質と物質の中に存在しているのです

磁場1
図5.磁場

素粒子をこの場に置くと、ヒッグス場との力のやりとりの結果としてエネルギーを生じます。これが素粒子の質量として観測されるのです。ヒッグス場との力のやりとりは相互作用によってそれぞれの素粒子で違っていて強いほど素粒子の質量は大きくなります

注:未だ「暗黒エネルギー」は解明されていません。

☆今回発見されたヒッグス粒子は何処から来たのか?その謎を解くのは「超対称性理論」かも知れない

今回のヒッグス粒子を作るのには、スイス・ジュネーブ郊外にある『ヨーロッパ合同原子核研究機関』「CERN(セルン)で行われました。LHC(Large Hadron Collider)と言う全周27㎞の地下トンネルに設置された世界最大の衝突型円形加速器を利用しました

その加速器の中で二つの陽子を光速に近い速度で衝突させて図5の様に126GeV(ギガ電子ボルト)のエネルギーを発生させた時に光子の数がわずかに増えているのが緑の丸内で解ります。99.997%の確率でヒッグス粒子を発見したのです。しかし、未だ、『ヨーロッパ合同原子核研究機関』は正式に発表されていません。その理由は超対称性理論からの発生の可能性があるからです(東京大学大学院・浅井准教授

二つの光子から求めた質量分布2jpg
横軸はエネルギー、縦軸は光子の数です。
図6.二つの光子から求めた質量分布で緑の丸で囲んだ ATLAS 125GeVのところに出ている山がヒッグス粒子ではないかと考えられています。
1GeV=109(10億)eV。1eV(電子ボルト)は電子1個を1Vで加速したときに電子が得る運動エネルギー

超対称性理論」からの発生の可能性とは、今回発見したヒッグス粒子が別の異次元からのヒッグス粒子の可能性もあるからです

すなわち、時空と量子力学を結ぶ異次元の世界からのヒッグス粒子かも知れないのです。我々の住む宇宙の世界(入れ物)と、もうひとつの『時空』の入れ物です。
これを扱っているのは一般相対論ですが、素粒子物理学の基本手法である量子力学とは相性が悪く、未だに一般相対論と量子力学を結ぶ理論がない様です。これを解明して行くのが素粒子物理学になるそうです


注:超対称性理論は、標準理論で考えられているすべての素粒子には鏡に映った鏡像のようにペアになる「超対称性粒子」があるという考え方。

超対称性理論とは
図7.超対称性理論は標準理論に登場する素粒子すべてにスピンが1/2だけ異なる超対称粒子が存在するかも知れない(KEKより)

理論物理学者リサ・ランドール博士の言葉を借りれば、もし、今回発見されたヒッグス粒子が何処かに消滅したらそれは、異次元である5次元の世界に移動した可能性があるかも知れなかったのです

と言う事は、今回のヒッグス粒子は異次元から現れたのかも知れませんのでこれからの話はリサ・ランドール博士の考えを参考にしましょう
参考に下記の「理論物理学者 リサ・ランドール博士 来日インタビュー」をご覧下さい

UFOもこうして異次元から来てるのかも知れません(笑)。

理論物理学者 リサ・ランドール博士 来日インタビュー.



前回の記事(ヒッグス粒子発見か?)

前々回の記事(「ヒッグス粒子」の発見は近い)

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