世界をつくる素粒子たちには、大きく分けて2つの“種族”がいる。 物質をつくるフェルミオンと、力を伝えるボソンだ。仲間ごとに整理して、ひとつずつ見てみよう。
クォーク(6種類)
レプトン(6種類)
物がくっつく・光る・燃える・落ちる…どれも「強い力・電磁気力・弱い力・重力」のどれか。 力はボソン(力を伝える粒子)のやり取りで働くんだ(→ゲームで体験)。
| 力 | 担当ボソン | 働く距離 | 相対的な強さ | おもなはたらき |
|---|---|---|---|---|
| 強い力 | グルーオン | 原子核サイズ | 1(最強) | クォークを結び、原子核をまとめる |
| 電磁気力 | 光子 | 無限 | 約 1/137 | 原子・化学結合・光・電気・磁石 |
| 弱い力 | W・Zボソン | ごく短距離 | 約 10⁻⁶ | 放射性崩壊、太陽の核融合のきっかけ |
| 重力 | 重力子(仮説) | 無限 | 約 10⁻³⁹ | 星・惑星・銀河など宇宙の大構造 |
クォークどうしを“のり”のように強く結びつけ、陽子・中性子をつくる。さらにその陽子・中性子を集めて 原子核をまとめる。いちばん強いけれど、とても短い距離でしか働かないのが特徴だ。
プラスとマイナスが引き合い、同じ符号は反発する力。原子の中で電子をつなぎとめ、 化学結合・光・電気・磁石を生む。身のまわりの現象のほとんどは、じつはこの力のしわざ。
粒子の種類そのものを変えてしまう力。中性子を陽子に変える放射性崩壊(β崩壊)を起こし、 太陽が燃える核融合の最初のひと押しにもなる。地味だけど、星と元素の運命を握っている。
質量をもつものすべてが引き合う力。1つ1つはとても弱いが、打ち消し合わず、遠くまで効いて足し算されるので、 惑星・星・銀河という宇宙の大構造をつくる。唯一、まだ量子論にうまく組み込めていない。
じつは電磁気力と弱い力は、高エネルギーでは1つの「電弱力」だったと分かっている(電弱統一・実証済み)。 さらに強い力まで束ねる大統一理論、重力まで含める量子重力(超弦理論など)は、 まだ完成していない最前線のテーマ。くわしくは理論ガイドへ。
強い力・電磁気力・弱い力・重力――この4つの力が、原子から銀河までを成り立たせている。 担当するのはボソンたち。そのボソンたちは、上で紹介したとおり。