素粒子論（素粒子物理学）入門.ppt

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1、素粒子論（素粒子物理学）入門現代物理学入門石川　健三1素粒子論入門（石川）１．質量について。質量とは？２．原子論の進展３．基本粒子と４種の基本相互作用４．素粒子の質量とその起源（世界最大の実験ＬＨＣ）５．ニュートリノの質量の発見６．宇宙を占めるダーク・マター７.まとめ21質量とは何か？（１）万有引力の法則：すべての物体間には、質量の積に比例し、距離の自乗に反比例する万有引力が働く。（２）ニュートンの運動の法則物体の加速度は、物体の質量に反比例し物体に加わった力に比例する。(３）多数の物体の質量は、各質

2、量の和である。3（１）：万有引力定数Ｇ万有引力の法則Ｇ＝６．６７４２（１０）ｘ１０＾｛－１１｝ｍ＾３/Ｋｇｓ^2Ｇを精密に決定する方法はあるか？4１．重力質量と慣性質量は等価か？２．合成系の質量は、各要素の質量の和である。３．質量は不変か？４．質量の起源は何か？質量についての問題5１－１：重力質量と慣性質量は等価か？重力中で自由落下する物体は、いつも平行に動くか？現代における精度は？人工衛星、惑星ロケット、他時間の進み方は速度により違う6２．原子論の進展(i)すべての物質は、小さな基本的な物質の構成要

3、素である原子からできている。(ii)物質の性質の多くは、原子論から理解することができる。例：　気体の法則PV=ｎRT、熱力学の法則多様な物質の存在、電磁気現象、他(iii)物質の生成、変換、崩壊する物質7原子論の進展8水素原子の質量水素原子は１モルで１グラムである。１モルは、アボガドロ数（６ｘ１０＾２３）の原子からなるので、一個の水素原子は、１/6x10^23=1.6x10^(-24)グラムである。水素は、電荷が＋

4、e

5、の水素原子核が中心にあり、電荷が-

6、e

7、の電子が周りを回っている。陽子の質量は、電

8、子の質量の約２０００倍である。9質量（エネルギー）の換算陽子質量m静止エネルギー10３．基本粒子と4種の基本的相互作用基本粒子それ以上分解できない粒子、すべての物質の構成要素である。基本的相互作用それ以上分解できない相互作用、すべての相互作用が導かれる。基本的でない相互作用の例：摩擦の力、張力、、垂直抗力、ばねの力、11物質と相互作用の場物質は原子（素粒子）から構成されている。物質はいくつかの基本粒子からなり、相互作用はいくつかの場から生成している。基本粒子も、基本的な場も共に素粒子である12現代の素

9、粒子＋２/３

10、e

11、ー１/３

12、e

13、0ー

14、e

15、電荷13素粒子の質量の和から物体の質量が決まる（１）有限の質量の素粒子荷電レプトンとクォーク電子　　ミュウ　　タウ（τ）u,d,c,s,t,bクォーク、Ｗ、Ｚボソン（２）ほぼ零質量の素粒子（波）ニュートリノ（３）零質量の素粒子（波）光子（電磁波）と重力波（重力場）14素粒子間の基本的な力（相互作用）電磁相互作用電荷を帯びた物質間の力、電流間の力弱い相互作用ベータ崩壊の起源、ニュートリノ強い相互作用クォーク間の力、核子内、中間子内の力重力相互作用万有引力15力　

16、（相互作用）の統一16基本的な力の場の起源となる素粒子電磁相互作用光子(photon,)弱い相互作用弱ボソン(W,Zboson)ゲージ粒子強い相互作用グルーオン(gluon)重力相互作用重力子(graviton)17三世代の物質粒子第一世代電子、電子ニュートリノ、uクォーク、dクォーク第二世代μ、μニュートリノ、cクォーク、sクォーク第三世代τ、τニュートリノ、tクォーク、bクォーク18電磁相互作用と弱い相互作用の例電子陽子ミューミューニュートリノ電子電子ニュートリノ光子Wボソン水素原子ミュー崩壊19

17、クォークレプトンの質量陽子質量電子質量20４：素粒子の質量の特徴軽いニュートリノと重い“ｔ”クォークで　１２桁以上異なる。ＷボソンやＺボソンは、陽子の約90倍の質量をもち非常に重いが、光に近い普遍的な性質を持つ。同じ粒子が、質量がある場合（相）とない場合（相）がある。21素粒子が質量を持つのには理由がある。磁石磁石はなぜ磁石になっているか。磁石を高い温度にすると磁石でなくなる。電子間の相互作用より、“磁石”が発現同様に、素粒子を超高温にすると質量が消失する（宇宙初期）。ヒッグス場の相互作用より、素粒子

18、の“質量”が発現する。22４－２：質量の起源は何か？質量は質量の場（未知の素粒子（ヒッグス粒子））が原因である。真空中ではヒッグス粒子が凝縮している（超伝導や超流動のようになっている）。基本粒子の質量は、ヒッグス場との結合の大きさで決まる。ヒッグス粒子を探す実験（ＬＨＣ実験）が始まる。23LHC実験（CERN)ジュネーブ空港24◎世界最高エネルギーであり、LEP/Tevatronに比べて実質的に10〜20倍の重心系のエネルギー◎LuminosityもLE