無題
無題
ken さんの書込 (2004/08/23(Mon) 11:12)
ken です．こんにちは．もとはmonteさんの 「聞きたかった事はこれなんですNo.1870」 から派生した話題なのですが，別方向に飛ばしたいのでスレッドを分けます． 「重力」「電磁力」「弱い力」「強い力」の４つの力と，最近素粒子の話がで たので，ちょっと疑問におもったことを．
（私は，電気屋なので，電気にあまり関連しない物理はほとんど無知です． 物質の最小基本物質として，陽子，中性子，電子とみなせる範囲でしか 使っていないもので．．．）
質問は，原子はどのような力でくっついているのでしょうか ということです．
１個の電子はマイナスの電荷を持っています． この電子を，いくつかの素粒子に分解できるとすると， それぞれの素粒子は総和として，マイナスの電荷を持つことになります． マイナスの電荷を持ったものどうしは，電磁気学的には距離に反比例した 反発力を受けることになります． すると，１個の電子を形成する素粒子はどのようにしてくっついているのでしょうか？
Re: 無題
崎間@管理人 さんのレス (2004/08/23(Mon) 12:52)
kenさんこんにちは．原子核を構成する陽子，中性子を核子といいます． 核子をくっつけている力は「強い力(核力)」です． 核力はとても大きな力ですが，力のおよぶ範囲が狭いので 核子同士をものすごく近付けなければ働きません．
たとえば核融合反応を起こさせるには， 陽子と陽子をその核力が及ぶ距離まで近づける必要があります (現在有望視されている核融合反応は，重水素と三重水素の反応です)． 陽子はプラスの電荷をもっており， 同じ電荷同士にはクーロン斥力が働きます． しかし陽子を近づけなければ核力は働きません． そのため，高温のプラズマにして高い運動エネルギーを与え， クーロン斥力を打ち破って核力が働く距離まで近づけます．
そして核力が及ぶ範囲にまで近づくと，核融合反応がおこります． 核力に束縛された核子はより安定で低いエネルギーレベルに移ります． 単独のときと束縛されたときのエネルギー差が， たとえば中性子の運動エネルギーなどで放出されます．
> １個の電子を形成する素粒子は > どのようにしてくっついているのでしょうか？
これはちょっと，僕には難しいです．すいません．
Re: 無題
山本明 さんのレス (2004/08/23(Mon) 21:06)
kenさん，はじめまして． 取り急ぎ，答えやすい部分にだけ返信します．（＞やかんさん，もうちょっとお待ちください）
>１個の電子を形成する素粒子はどのようにしてくっついているのでしょうか？
電子はいまのところ，それ以上分割不可能な「素粒子」の一つであると考えられています．だから“電子を形成する粒子”というものは考えられていません． もしも電子を形成する粒子を考えることになったとしたら，その粒子同士を結びつけている「すっごい強い力」を考えることになります．その力のおかげで，負の電荷を持つ粒子同士が結びついている…というわけです．
だけど，もし電子が別の粒子が合体したものだとすると，電子同士を高速に加速して，正面衝突させたときに，バラバラに砕けるはずですね．複数の粒子が結びついたものならば，その粒子同士に働いている力を打ち破るくらいの勢いでぶつけたら，破片が見えるはず．だけど実際の実験では，電子に対してそういう破片はまだ観測されていません． もちろん「現在の実験器（加速器）で電子を加速できる範囲では，破片（電子を構成する粒子の兆候）は見つかっていない」というのが正しい表現ですが，敢えて電子を“素粒子でない(=別の粒子の複合体である)”と考える理由を私はまだ知りません．（そういう話を耳にしたこともないですね．不勉強なだけかもしれませんけど…）
原子核の場合，加速してぶつければ，破片が出ますね．（核分裂） 陽子なども，思いっきり加速してぶつければ，破片が飛び散ります．だから陽子などは素粒子ではなく，別の粒子（クォークなど）が合体したものだと考えます． 素粒子の実験（加速器実験）は，基本的に「高速でぶつけてみて，飛び散った破片の性質を見る」ってことをやっています．
ちなみに現在，素粒子と呼ばれるのは，
クォーク（主に陽子や中性子を構成しているもの）×６種類 レプトン（電子とかニュートリノとかのこと）×６種類 ゲージ粒子（力を媒介するもの．光子もこれに含まれる）×３種類
といったものです．これらはすでに実験事実と比較して，「存在してると考えると実験事実とよい精度で一致する」粒子たちです．
あとは，ヒッグス粒子（質量の起源となるもの）というものも，理論的には予言されています．これは，今後の実験で存在が確認されるかどうか…というもの．多分，確認されるだろうと個人的には思っています．（確認されなくても，理論屋としては嬉しい出来事です） 新聞などで「標準模型を越える理論の可能性」などと書かれたときは，こういう“理論的に予測・期待されている粒子が存在している兆候を確認した”という意味合いです．
原子をくっつける力 Re: 無題
ken さんのレス (2004/08/24(Tue) 15:26)
kenです．
崎間さん．山本明さん．回答ありがとうございます． タイトル付け忘れて「無題」になってしまいました．すいません． もう，何回も投稿しているのに．というわけでタイトルを付け替えました．
まとめると， 陽子，中性子はクオークなどの素粒子で構成され，これらの素粒子を 結び付けている力は「強い力（核力）」である． 電子は，少なくとも今のところ，電子を構成する粒子の存在が確認され ておらず，電子自体が素粒子である． ということですね．
ありがとうございました．
