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湯川理論


水素原子以外の原子は原子核内にプラスの荷電粒子である陽子を
複数個持っています。プラスの荷電粒子どうしにはお互いを遠ざけよ
うとする電磁気力が働くことはご存知ですよね。

実際のところ原子核はバラバラにならずにいる訳ですから、その電磁
気力を上回る何らかの引力が働いていることになります。この力が前
回お話した4つの力の中の「強い力」です。
参照⇒電磁気力は粒子が光子を吸ったり吐いたりして伝わる

この「強い力」を、未知の粒子「中間子」で説明したのが湯川理論です。
湯川理論では「陽子と陽子が『中間子』を交換することで結びついてい
る」と考え、加えてその「中間子」の重さも予言しました。

重さを予言できる理由を説明したいと思います。

「強い力」は「電磁気力」を上回る強さの力だから原子核がバラバラに
ならない、と先程お話ししましたね。でも原子核に陽子が自然にくっつ
いていく(軽い元素がどんどん重い元素になる)ことはありませんね。

ということは「強い力」の到達距離が原子核の直径程度だと考えられ
ます。先程参照していただいた記事の中に、「粒子間の距離が近い」と
いうことは「エネルギーを借りる時間が短い」ということで、その場合に
は使えるエネルギーが大きくなる、というお話しがあります。

ここで恐らく皆さん見覚えのある式が登場します。
アインシュタインの E=mc² です。

言葉で書けば
(エネルギー)=(質量)×(光速)²
となります。

この式から「エネルギーが大きい」ということは「質量が大きい」という
ことになります。そして到達距離から順を追って計算すると「中間子」
の重さが予言できる、という訳です。

この予言された「中間子」は1947年に発見され、「パイ中間子」と名
付けられました。そしてその2年後の1949年に湯川さんはノーベル
賞を受賞したんですね。




今回の内容から「パイ中間子」は素粒子の標準模型で「ボソンの一種」
と思われるかもしれません。実は「パイ中間子」はクォークからできてい
る粒子で、「強い力」を伝えるボソンの名前は「グルーオン」といいます。

中間子の発見以後の研究からそのように分かった訳ですけど、次の記事
はそう分かっていく過程のお話になる予定です。




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今回もこの本の内容を参考にしています。
 宇宙は何でできているのか (幻冬舎新書)






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