次いで素粒子発見の歴史。これは

という子供向けのサイトで勉強させてもらいます。

素粒子発見の時代

1897年、JJトムソンは真空管を通る陰極線が電子であることを発見しました。この発見が素粒子発見の第一号です。(今日電子はフェルミオンの内のレプトンの一つと位置づけられている)

1930年代以降、宇宙線の研究が進み、電子の反粒子である陽電子、ミューオンなどが発見されました。

1950年以降は、粒子加速器を用いて、陽子の反粒子である反陽子など数百の粒子が生成され発見されました。そのほとんどは電気力より100倍の大きさの強い力を及ぼしあうハドロンの仲間で、バリオンと呼ばれます。

それらの粒子は素粒子という粒子で構成されている複合粒子であることがわかりました。現在では陽子、中性子、その他のハドロンを構成する素粒子をクォークと呼んでいます。

クォークの時代

1960年代に、陽子、中性子、その他のハドロンは小さな素粒子3個から構成されていると提唱されました。さらにその素粒子は3種類しかないとされました。“3の3乗”の組み合わせで数百のハドロンすべてが説明できることになります。

(同じように、湯川博士の研究で有名な中間子は、一対のクォークと反クォークからできていると考えられました)

3つのクォークはアップ、ダウン、ストレンジと名付けられました。クォークは『赤、青、緑』の3つのカラー荷を通じて強い力を感じます。(ここが、この解説では良く分からない)

1970年代になると、電子・陽電子コライダーによる高エネルギー実験が精力的に行われるようになりました。

電子・陽電子コライダーというのは、エネルギーをかけて電子と陽電子を衝突させ、相殺・消滅させる装置です。これによってクォークと反クォークが対生成されます。(さらっと書いたが、“対生成”というのはとても難しい理屈で、子供のためのページなのにさっぱり分からない)

比較的に低いエネルギーでは、アップ、ダウン、ストレンジの3種類のクォークが対生成されました。

電子・陽電子の衝突エネルギーを高くすると、さらにチャーム、ボトムの2種類のクォークが発見されました。

5つのクォークの内、アップとチャームは +2/3e の電荷を持ち、残りのダウン、ストレンジ、ボトムクォークは-1/3e の負電荷を持っていました。ちなみに電子は-e です。

こうなると+2/3e の電荷を持つ青のクォークの存在が示唆されます。それを指摘したのが小林と益川です。そして1995年にそれが発見され、トップクォークと名づけられました。

これらのクォーク系の素粒子とは別に電子が存在しています。電子は -e の電荷を持っていますが、電荷を持たないものも存在しています。これがニュートリノです。電子とニュートリノも、加えられたエネルギーの大きさに応じて三つの世代を持ち、全体としてレプトンと総称されています。