素粒子発見の幕開け、19世紀末物質の基本的な構造や、互いに及ぼしあう力の根源を解き 明かそうとする高エネルギー物理の歴史は、素粒子の発見の 歴史と重ね合わせることができます。その発端はちょうど 100年ほど前にさかのぼります。1897年、J.J.トムソンは真 空管を通る陰極線が電子であることを発見しました。この発 見が素粒子発見の第一号です。 当時、物理学者の興味の対象でしかなかった電子が、10 0 年の後、エレクトロニクス技術の基礎となり、テレビ、パー ソナルコンピュータを始めとする今日の高度情報化社会を生 み出しました。特に、テレビのブラウン管は陰極線をそのま ま利用しています。
素粒子とは？一般に、物質を構成する最も基本的な粒子を素粒子と呼ん でいます。私たちの体、動物、魚、木、花などの地球上のも のは、１億分の1センチメートル程度の大きさの原子からでき ています。また、原子はその大きさの1万分の1の原子核と、 その回りに引き付けられた電子よりできています。さらに、 原子核は幾つかの陽子と中性子が結び付いたものです。原子核の内部構成が判ったばかりの頃は、電子と陽子と中 性子が素粒子だと考えられていました。しかし、1930年代か らは宇宙線の中に、そして1950年代からは高エネルギー加速 器を用いて、次々に新粒子が見つかりました。どれも自然界 に安定に存在するものではなく、寿命の違いはあっても、他 の粒子へと崩壊してしまうものでした。なかでも、陽子/中性 子とその仲間やパイ中間子とその仲間といった、互いに電磁 気力の100倍もの強い力を及ぼし合う粒子が非常に多く、ま とめてハドロン族と呼ばれました。一方、電子に対する反電 子（陽電子）だけではなく、陽子に対する反陽子のように、 どの粒子にも互いに出会うと消滅してしまう反粒子が存在す ることがはっきりしたのもこの頃でした。 「粒子の動物園」とまで言われたこの状況が変り始めたの は、1960年代後半でした。粒子の分類に基づいた理論的な推 測だけではなく、実験によってもハドロンは、もっと基本的 な粒子であるクォークからできた複合粒子だと分かったので す。内部でのクォークの配置や組み合わせによって、さまざ まな複合粒子状態が出現したのです。素粒子という名前は、 それ以上分割でいない、内部に構造を持たない点状粒子をイ メージしたものですから、陽子も中性子も厳密な意味での素 粒子ではありません。 現在のところ、物質の素粒子は、ハドロンを作るクォーク、 そして、電子、ニュートリノ、ミューオンなど強い力を感じ ないレプトンです。 |
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