標準模型

標準模型は、既知の素粒子と、重力を除く三つの基本相互作用を量子場理論として記述する理論体系である。

物質粒子

物質を構成するフェルミ粒子はクォークとレプトンに分かれ、それぞれ三世代存在する。電子はレプトン、陽子や中性子の内部にはクォークが存在する。

相互作用を媒介する粒子

電磁相互作用は光子、弱い相互作用は W・Z ボソン、強い相互作用はグルーオンによって媒介される。ヒッグス場との相互作用は多くの基本粒子の質量と関係する。

標準模型を超える問題

標準模型は非常に成功した理論だが、重力、暗黒物質、宇宙の物質・反物質非対称などを完全には説明しない。そのため標準模型を超える理論が研究されている。

粒子の分類を整理する

物質を担うスピン1/2のフェルミ粒子には、6種類のクォークと6種類のレプトンがある。レプトンは電子・ミューオン・タウと、それぞれに対応するニュートリノである。相互作用のゲージ粒子には光子、グルーオン、W・Zがあり、ヒッグス粒子はスピン0で同じ分類ではない。

例：陽子と中性子の電荷

アップクォークの電荷は+2e/3、ダウンクォークは−e/3である。陽子の価クォーク組成uudから電荷は(+2/3+2/3−1/3)e=+e、中性子uddでは0となる。ただし実際の内部は三つの静止した粒だけではなく、グルーオンやクォーク対を含む量子場の状態である。

成功した範囲と未包含の問題

標準模型は多くの精密実験を説明するが、重力を含まない。ニュートリノ振動が示す質量は、ニュートリノを無質量とした最小形への拡張を必要とする。暗黒物質の正体や宇宙の物質優勢も説明すべき課題として残る。また陽子の質量の大部分は強い相互作用のエネルギーに由来し、すべての物質の質量をヒッグス機構だけで説明するのは不正確である。

関連項目