Sophie　×　Pistis　（智慧×信仰）　stage ３

4つの力と大統一理論　4 forces and grand unified theory。

先ず，素粒子というものが物質の最小単位であることは一般に広く知られている通りだ。しかし，現在の物理学で，この素粒子間に働く力を，「4つの力」，即ち，重力，電磁気力，強い力，弱い力と呼んで，存在するあらゆる物質に作用し，それがボクたちの世界を形作っている源泉であることに言及する解説に接することは，意外と少ない。このうち，重力と電磁気力は，言葉の上で何となく，その正体がわかるが，強い力と弱い力には若干説明を要する。強い力とは，原子核を構成する陽子と中性子を結合させている力であり，弱い力とは，原子核から，電子を放出させる力を指す。弱い力の代表的なものは，原子核中から中性子が電子と反電子（ニュートリノ；電荷をもたない素粒子）を放出して陽子に代わる現象であり，ノーベル賞を受賞した小柴昌俊氏の研究で有名である。要するに，この強い力と弱い力は，微細な原子核と電子に纏（マツ）わる力である。

素粒子の統一理論では，4つの力は元々，プランクエネルギーという一つの超高エネルギーだったと想定され，宇宙の誕生後，重力と大統一力に分かれ，次に，大統一力は，強い力と電弱力に分かれ，最終的に電弱力が，弱い力と電磁気力に分かれたと考えられている。誕生直後の力の分化については，まだ謎ではあるが，大統一理論によれば，次の電弱力と強い力，弱い力，電磁気力の分化は，それぞれ異なる種類のヒッグス粒子（質量をもつ素粒子）が真空に凝縮して，真空の相転移を起こしたことによるものと推定できるという。

一般に，強い力，弱い力，電磁気力の3つの相互作用を一つのものと見做し，結合定数のエネルギー依存性を見ると，その定数が，一致しそうであることが分かる。そこで，この3つの相互作用は，実は，さらに，大きな一つの相互作用（力）になっていると解釈するのが，大統一理論である。ここで，重要なのは，この大統一理論のスケールと，ワインバーグ-サラム理論（電弱統一理論）という弱い相互作用と電磁気相互作用の統合を安定して共存させるエネルギー・スケールとが，超対称性理論という存在を意識させる。しかし，これはまだ，確認されたわけでなく，超対称性も破れているというしかない。

素粒子には物質を構成する粒子である6種類のクォークとやはり，6種類のレプトンがあって，それは統計上の分類から，フェルミ統計に従うので，フェルミ粒子（フェルミオン）と呼ばれる。又，素粒子間の相互作用（力）を媒介するゲージ粒子と質量機構に関与するヒッグス粒子は，ボース統計に導かれるので，ボース粒子（ボソン）の呼ばれ，素粒子はこの二つの種類に集約されるが，ゲージ粒子のうち，重力粒子を媒介する重力子（グラビトン）だけは未確認である。又，ハドロンという，陽子や電子の粒子であるバリオンと，π中間子やK中間子であるメソンを統合した亜空間では，通常の環境の下で安定しているクォークは，陽子と原子核中の中性子だけであり，他のクォークはより軽いクォークに崩壊してしまう。又，レプトンも電子と3つのニュートリノを除いて，通常の環境では存在できないことが分かっている。

今，何が問題なのか，と言えば，それは標準模型では，素粒子は大きさの無い点粒子と考えてきたことに大きな誤断があったのではないか，という疑問である。点粒子は，空間が最小単位の存在しない，無限に分割可能な連続体であることを前提にとしているが，原標準模型のスケールを15桁以下にまで小さくすると，空間が連続的であり続けるか，離散してしまうかは判明していない。つまり，極小のスケールの世界だからと言って，粒子が全く運動しないかと言えば，粒子と言えど，可変的存在である限り，如何なるスケールの世界でも何らかの形で同期・運動していると仮定するのが妥当である。そこで登場したのが，超弦理論である。粒子は可変的な運動体であるから，最小単位でも同期・振動していると考えるのは自然である。そして，その形態こそがひも状の物質であるような気がする，というところまで来て，現在である。その数学的裏付けをとるためK理論に，今，白羽の矢が立ったのだ。

今回は超難しい理論を，繰り返し，ゆっくり読んで頂くことを前提に解説しました。雑学と言えど，これを理解して頂ければ，あなたも一門（ヒトカド）の理系常識人です。これからも，出来るだけ分かりやすく解説していきますので，何とか付いて来て下さい。