素粒子

▼アーネスト・ラザフォード
　金ぱくに自然放射線（α線）を当てて実験。
　ほとんど通過し、ごくまれに跳ね返ってきた。
　→中身はスカスカなんじゃないの？

▼ニールス・ボーア
　「原子核」の周りを「電子」が回っている模型を考えた。
　ボーア模型を考えたのが28歳、37歳でノーベル賞を受賞した。
　　原子の大きさ　：10^-10
　　原子核の大きさ：10^-15
　　原子核は原子の10万分の1の大きさ。
　　原子を100立法mの空間だとすると、原子核は1立法mm

▼ヴォルフガング・パウリ
　ニュートリノの存在を予言した。ボーアの弟子。
　中性子は寿命15分で自然に崩壊する。
　中性子が崩壊すると陽子になり、電子が出ているようだが、
　崩壊前の中性子と崩壊後の（陽子＋電子）のエネルギーが合わない。
　　→エネルギーを持ち去っている粒子（ニュートリノ）が存在するはずだ！

　N → P+ + e- + n
　neutron　→　positron　＋　electron　＋　neutrino

▼素粒子の種類
＜クォーク＞
　語源は鳥の鳴き声。ジェームス・ジョイスの小説「フィネガンズ・ウェイク」から取られた。４つの力がすべて働く。クォーク単独で取り出すことには成功していない。
　　up　　　charm　　　top
　　down　　strange　　bottom


＜レプトン＞
　語源は「軽い」という意味。
　電子の列には強い力が働かない。
　ニュートリノの列には強い力と電磁気力が働かない。
　　electron　　　muon　　　　　tauon
　　e_neutrino　　m_neutrino　　t_neutrino

ハドロン ：クォークでできているもの。
バリオン ：3種類のクォークからできているもの。
メソン（中間子）：偶数のクォークからできているもの。

▼太陽はニュートリノを放っている
　Proton → He + positron(e+) + 電子neutrino
　地球に降り注ぐ光子の数は、
　1平方mあたり1秒間に10^21個（1.37kW）。
　電子ニュートリノは、600兆個。
　人間も１秒間に100兆個の電子ニュートリノを浴びている。
　ニュートリノが地球の岩石に当たる確率は、
　50億個のうち1個が当たるほど。
　一生のうちに何個か当たる程度。

▼宇宙は光とニュートリノであふれている
　宇宙にある物質を平均すると、
　1立方mあたり、
　　光子 10億個
　　電子ニュートリノ 1億個
　　μニュートリノ 1億個
　　τニュートリノ 1億個
　　陽子 1個
　　電子 1個

▼ニュートリノを見るには弱い力を使うしかない
　弱い力は「崩壊させる状況を作り出す」
　電子ニュートリノがぶつかると、
　中性子が陽子に変わり、電子が飛び出す。
　μニュートリノがぶつかると、ミューオン。
　τニュートリノがぶつかると、タウオン。
　（正確には、ニュートリノが中性子に近づくと、 　中性子はウィークボゾンを吐き出して陽子に変わる。 　ウィークボゾンはニュートリノと合体し電子になる）
　電子、ミューオン、タウオンには電磁気力が働くので測定できる。

　電子などが光速を超える速さで飛び出すと、
　衝撃波の青白い光「チェレンコフ光」を発する。
　（∵物質中では光速が遅くなる。
　　　水の屈折率は1.3くらいなので、光速は75％になる。）
　この２段階で間接的に観測する。

▼スーパーカミオカンデ
　チェレンコフ光を光電子増倍管で捕らえる装置。
　直径40m、高さ40m。中には5万tの水を入れる。
　電子ニュートリノは崩れたリング状。
　μニュートリノはきれいなリング状。
　τニュートリノは質量が重いので、観測しにくい。
　もともとは「陽子崩壊」を観測するための装置だった。
　1987年2月、マゼラン星雲の超新星爆発で放出されたニュートリノを偶然観測した。　 　13秒で11個観測。
　「超新星爆発のとき、ニュートリノは10秒ほどに固まって放たれる」。
　天体物理学者がの予想とぴったり合っていた。
　光以外で初めて宇宙を観測した瞬間。
　ニュートリノで星を観測する「ニュートリノ天文学」を開拓。

▼太陽ニュートリノ問題
　太陽から地球に到達するまでに、ニュートリノの数が減っている

▼大気ニュートリノ問題
　太陽からの陽子が地球の大気にぶつかり、
　π中間子→ニュートリノと変化したものが大気ニュートリノ。
　昼と夜で観測される大気ニュートリノの数が違う。
　地球を通過する間に、何かが起こっている！？

▼ニュートリノ振動
　坂田昌一、牧二郎、中川昌美の３人が理論を確立。
　もしニュートリノに質量の差があれば、
　電子ニュートリノ、μニュートリノ、τニュートリノは 　互いに変化し合う。

▼強い力
　媒介粒子はグルーオン（glueon）
　強い力はバネのよう。離れれば離れるほど力が強くなる。
　強さは電磁気力の1000倍。 力が働く範囲は、10^-15m。原子核の大きさほど。

▼弱い力
　媒介粒子はウィークボゾン（weak boson）
　「粒子を崩壊させる力」。
　　N → P+ + e- + n
　　neutron　→　positron　＋　electron　＋　neutrino
　「ダウンクオークがアップクオークに変わる力」と言い換えられる。
　　　d → u + W + e- + 反電子n
　ダウンクオークがアップクオークに変わるときに、
　ウィークボゾンが投げられる
　作用距離は10^-18m。1983年に初めて観測された。