2020年09月29日

素粒子論 入門書ばかり読んだ次第である

80年代以降の素粒子論の入門書、量子力学等の入門書はたくさん読んだ・・らしい。ボクの本棚には科学ものの入門書して講談社BBが100冊ぐらいはある。
90年前後のそういうの再読してみるとボクは読んだみたい。落書きしてあるし。
C対称性は満たさないがCP対称性は満たされるとかの内容のところも落書きしてあるので読んだのだなあ。
だが、2010年以降にその記憶は消えたようだ。認知症がはじまったか、記憶障害か、年取ったからねぇ。そだねぇ。
で、再読するとだんだんと思い出してきた。さらに最近の入門書を読むと内容が昔のと変わらないぞ。それゃ理論か変わるはずはないな。

ようするに、物理学者は次のような言うとると入門書には書いてあるようだ。
素粒子物理学は次の3つが指導原理である。
(1)  ローレンツ不変性
(2)  ゲージ不変性
(3)  繰り込み可能
ここらは場の量子論が基礎らしいが、70年代前半ごろまでは世界の物理学者は場の量子論に対する不信感があったと言う。
「素粒子の統一理論を求めて」西島和彦・岩波 90年代後半出版
「現代の物質観とアインシュタインの夢」益川敏英・岩波 90年代後半出版

ゲージ場の理論である量子電磁気学QEDは大成功を収めた。物理学者はゲージ場の理論で素粒子論を構築したい。ところがゲージ場の量子は質量がゼロでなければゲージ対称性が保たれない。QEDではゲージ場は電磁場であり電磁場の量子は光子であり質量はゼロだ。
素粒子論ではゲージ量子としてクォーク、Wボソン、グルーオン、レプトンがある。実験でクォーク、Wボソン、レプトンに質量があることがわかっている。これではゲージ場の理論でうまくやっていけないではないか、ドギャー。
弱い相互作用でゲージ場の理論が使えるには 繰り込み可能である事が必要だ。それは1972年にトフーフトによって証明された。そして、クォーク、ボソン等は初めは質量ゼロであったがヒッグス機構によって質量を持つに至った・・・・
これでゲージ場の理論で行ける・・・・・素粒子の標準模型は80年頃には完成した。まさとし、まさとし。。。いや、めでたし、めでたし。

という流れであるとボクは読んだ。

この手の入門書を読んで面白いのは理論の発展過程での物理学者の四苦八苦、悪戦苦闘である。物事はスムーズには進まない。以下、2,3の例を示す。

シュレディンガー方程式を創ったシュレディンガーは量子力学の主流から外れた。シュレディンガー方程式の波動関数Ψの意味を正しく捉える事が出来なかったからだ。シュレディンガーは波動関数は電子の質量分布をあらわすと考えたが、すぐに多くの物理学者に否定された。波動関数のもっとも実用的な解釈はボルンによる確率解釈だ。波動関数の絶対値の2乗が電子の存在確率をあらわすというものだ。その解釈が主流になったが唯一の解釈ではなく今でもビシッとしていないところがあるらしい。シュレディンガーはボルンのその確率解釈に対して生涯不快感を示したのであった。なむう。

  35年に湯川は核力の説明のために中間子を考えた。核子どうしが中間子を交換しあうという例のやつね。37年にアンダースンが湯川の中間子の質量に近い新粒子を発見した。初めは湯川中間子が発見されたと勘違いがあったが、それは今で言うμ粒子である。湯川中間子は47年に発見されてノーベル賞だ。。。。 だが、50- 60 年代に大量に新粒子が発見され、中間は何十と出てきた。あらまのまーーー。中間子は一つだと信じていた30年代が実にまどかに感じるのであった。

ゲルマンはクォーク理論の提唱者であるが、これは50- 60年代に大量に発見された新粒子。。。ハドロンをクォークの複合体として説明する。初めはu, d, sの3種類だった。そして、クォークは単体で発見されない。陽子がクォークで構成されているのであれば陽子どうしをぶつける実験でクォークが出てくるはずだ・・・という実験では検出されなかった。クォークは実在する粒子ではなくて計算に便利な記号に過ぎない、計算が終わったら忘れて良い・・・とゲルマンは言った。
その後に陽子に内部構造がある事が実験でわかって、どうやらクォークは実在するものだという認識が広がったが未だに単体では検出されない。おまけに、単体では検出されないわけを説明する理論も出てきたぞ。

他にも理論が出てスムーズに物事が進んだわけではない話はたくさんあるが略。ボクはそういうところに物理学の面白さを感じる。場の量子論とかゲージ場の理論とかは ちょ~・難しそうでボクのIQ88のちょ~・頭脳では太刀打ちできぬが、物理学史を読むってことなら何とかなるで、どーよ。なにがよ、知るかよ。なむぅ。

で、いまは連中は、いや、素粒子論の物理学者は大統一理論とかの研究をしているらしい。それは素粒子だけではなく重力理論をも包含するのだ。
ここに、益川が言う アインシュタインの夢 がある。ガンバレ、物理学者!! えいえいおー。成果が出たらサイエンスライター諸氏は書いてくれ。ボクはそれを読むである。なむぅ。

posted by toinohni at 09:42| 東京 ☁| Comment(0) | 物理科学雑学 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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