いまさら聞けない、「クォーク」とはいったい何なのか…「厄介な素粒子」と呼ばれる理由
宇宙の誕生から私たちの存在までの歴史を簡潔に紹介。
原子核内の質量の分布を解明する実験の過程と、クォークと呼ばれる素粒子の発見について述べられている。
宇宙の起源に関する未解明の謎に挑む研究者たちの取り組みが紹介されている。
138億年前、点にも満たない極小のエネルギーの塊からこの宇宙は誕生した。そこから物質、地球、生命が生まれ、私たちの存在に至る。しかし、ふと冷静になって考えると、誰も見たことがない「宇宙の起源」をどのように解明するというのか、という疑問がわかないだろうか？
本連載では、第一線の研究者たちが基礎から最先端までを徹底的に解説した『宇宙と物質の起源』より、宇宙の大いなる謎解きにご案内しよう。
*本記事は、高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所・編『宇宙と物質の起源「見えない世界」を理解する』(ブルーバックス)を抜粋・再編集したものです。
前の記事で、原子の中の質量は原子核に集中していると紹介しましたが、これがわかったのはラザフォード博士の実験によってでした。原子の中に粒子ビームを撃ち込み、それがどう跳ね返ってくるかを見る実験でした。その結果、多くの粒子は素通りする一方で、ごく少数の粒子は大きく跳ね返されることがわかったのです。つまり、原子の中には何かもっと小さいものがあって、それが粒子を跳ね返しているに違いないのです。
陽子・中性子の中に質量がどう分布しているのかについても、同じようにして調べることができます。陽子に粒子ビームを撃ち込んで、跳ね返ってくる様子を見るわけです。その結果は？中心に何かあるのか。あるいは全体に何かが分布しているのか。それとも……？
この実験の結果は驚くべきものでした。陽子の中には、やはり何か小さなものがあることがわかりました。ただし、その電荷は陽子の電荷の3分の1や3分の2といった変な値でした。しかも、この小さなものは、粒子ビームをぶつけるたびに、そのエネルギーが異なったのです。陽子全体の何分の1とかいうはっきりした値ではなく、ぶつけるたびに変わり、ぶつかった何かのもつエネルギーは連続的に分布していました。この妙な「何か」こそ、クォークと呼ばれるようになった素粒子です。
