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素粒子

素粒子(そりゅうし、: elementary particle

物質を構成する最も基本的,かつ要素的な粒子。すべての物質は分子原子からなり,原子は原子核とそれを取り巻く電子から構成されている。原子核はまた陽子中性子の結合したものであり,陽子や中性子はさらに 3個のクォークから構成されていることがわかっている。今日素粒子と考えられているのはクォーク,レプトン,そしてこれらの素粒子の間に働く力を媒介するゲージボソンの三つの種属である。クォークは原子核やπ中間子などハドロンの構成要素でこれまでに 6種類(アップ〈u〉,ダウン〈d〉,チャーム〈c〉,ストレンジ〈s〉,トップ〈t〉,ボトム〈b〉)の存在が確認されている。一方,レプトンは電子,μ粒子,τ粒子と,それぞれに対応する電子ニュートリノ,μニュートリノ,τニュートリノの総称で,全部で 6種類存在する(ニュートリノ)。これらは次の表のように組にして,各組を世代またはファミリーと呼ぶ。

第1世代 第2世代 第3世代 電荷
レプトン 電子 μ粒子 τ粒子 -1
ニュートリノ 電子型 μ型 τ型 0
クォーク ダウン

アップ

ストレンジ

チャーム

ボトム

トップ

-1/3

2/3

世代が進むにつれて質量が大きくなってゆく。また,ゲージボソンとしては,グルーオン光子,Z0ボソン,W±ボソンなどの存在が確認されている。クォーク,レプトンおよび Z0ボソン,W±ボソンに質量をもたせる役割をヒッグス粒子が演じている。重力を媒介する重力子は未確認である。グルーオンはクォークを結合させる力(強い相互作用)を媒介するゲージボソンで,この力によりクォークは単体として取り出すことができない。光子は電荷をもつ粒子の間に働くクーロン力を媒介し,Z0,W±ボソンはβ崩壊など弱い相互作用を媒介する素粒子である。これら素粒子の相互作用を記述する体系はゲージ不変性に基づくの理論で,標準理論(素粒子の標準理論)と呼ばれている。



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