クォーク(英語表記)quark

翻訳|quark

改訂新版 世界大百科事典 「クォーク」の意味・わかりやすい解説

クォーク
quark

物質の構成要素である原子は,原子核とそのまわりの電子でできており,原子核は陽子中性子(まとめて核子と総称する)でできている。陽子と中性子およびそれらの間に交換されるπ中間子などは素粒子と呼ばれ,従来はこれ以上分割することのできない究極の粒子と考えられてきた。しかし,新しい素粒子が次々と発見されてその数が増えるとともに,M.ゲル・マン,G.ツワイクはこれらの粒子も複合体であり,さらに小さいクォークと呼ばれる超素粒子で構成されているとする説(クォーク説)を提唱した。クォークそのものが見つかったわけではないが(理由は後述),加速器を用いての実験などの結果は,このクォーク説を裏づけており,現在,クォークの存在は確実とされている。

 従来,究極の粒子と考えられていた核子が点状の粒子でなく,構造をもつこと(言い換えれば複合体であること)は次のような事情で明らかになった。すなわち,電子を陽子で散乱させてみると,陽子のつくる電場が点状電荷のものと異なり,陽子の電荷が広がって分布していることがわかる。また陽子も中性子もディラック理論から予想されるものと異なる異常磁気モーメントをもち,これも広がった領域に分布している。さらに核子は回転励起状態をもち,慣性モーメントが有限であることから,質量も有限の広がりに分布していることになる。その構造を調べるために,高エネルギーの電子や中性微子を衝突させてみると,核子がさらに小さい粒子でつくられていることがわかった。これがクォークである。たたき出されたクォークは直ちに数個の中間子に転化し,ジェットと呼ばれる粒子の束として観測される。

現在までにクォークには6種類のものがあることが明らかにされている。クォークのうちもっとも軽いものはuとdと呼ばれ,陽子はuud,中性子はuddという構成,π⁺中間子はud(-は反粒子を表す),π0中間子はuūとddの混ざったものである。陽子の電荷が素電荷e単位にして1,中性子は0であるから,uクォークの電荷は2/3,dクォークの電荷は-1/3である。ただし,このようなはんぱの電荷を検出する試みはいずれも失敗した。クォークは直ちに中間子などに転化し,単独の粒子としては存在しないと考えられる。すなわちクォークは素粒子の内部には存在するが,外には出てこない。これをクォークの閉込めという。

 u,dのほかに少し重いsクォークがあり,その電荷は-1/3である。u,d,sの3種とその反粒子ū,dsとから中間子をつくると9種類できるが,実際π中間子の仲間が9種存在し,また3種のクォーク(反粒子を含めて)から3個選ぶと10通りの組合せが可能であるが,実際,核子の仲間として10種の群が見つかっている。これらの事実はクォーク説を裏づけるものといえよう。1974年には電荷2/3のcクォークの存在が立証され,さらにその後電荷-1/3のbクォークの存在も明らかにされている。なお,理論の整合性からその存在が予想されていたさらに重い電荷2/3のtクォークについても,84年にそれらしいものが発見され,94年実験により確認されている。bクォークの質量は陽子質量の約5倍,cクォークの質量は約1.5倍,sクォークの質量は約1/3,uクォークおよびdクォークの質量はほとんど0である。クォークにはそれぞれ3種の異なるものがあり,赤,青,緑の色(カラー)の名をつけて区別している。すなわち,uクォークには赤いuクォーク,青いuクォーク,緑のuクォークがあり,他も同様である。これをカラー自由度という。色の違いは実験的に識別できるものではないが,自然界に存在する素粒子はすべて無色の組合せ(例えば赤,青,緑1個ずつ,あるいは赤と反赤)であるという原理が成り立つ。クォークという名前はゲル・マンがJ.ジョイス小説《Finnegans Wake》の中の一節〈Three quarksfor Muster Mark〉から借用したものという。
素粒子
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百科事典マイペディア 「クォーク」の意味・わかりやすい解説

クォーク

物質の構成要素である原子は,原子核とそのまわりの電子でできており,原子核は陽子と中性子(まとめて核子と総称する)でできている。陽子と中性子およびそれらの間に交換されるπ中間子などは素粒子と呼ばれ,従来はこれ以上分割することのできない究極の粒子と考えられてきた。しかし,新しい素粒子が次々と発見されてその数が増えるとともに,M.ゲル・マン,G.ツワイクはこれらの粒子も複合体であり,さらに小さいクォークと呼ばれる超素粒子で構成されているとする説(クォーク説)を提唱した。現在までにクォークには6種類のものがあると考えられている。クォークのうちもっとも軽いものはuとdと呼ばれる。陽子の電荷が素電荷eを単位にして1,中性子は0であるからuクォークの電荷は2/3,dクォークの電荷は−1/3である。ただし,このようなはんぱの電荷を検出する試みはいずれも失敗した。クォークは直ちに中間子などに転化し,単独の粒子としては存在しないと考えられる。すなわちクォークは素粒子の内部には存在するが,外には出てこない。これをクォークの閉込めという。6種類のうち,トップクォークのみが実験的に確認されていなかったが,1994年,日・米・伊を中心とする共同研究グループが米国のフェルミ国立加速器研究所で確認した。
→関連項目基本粒子グラショーグルーオン原子論ストレンジネス素粒子論ティン電気素量ハドロンBファクトリー標準模型リヒター量子色力学

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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典 「クォーク」の意味・わかりやすい解説

クォーク
quark

強い相互作用をする粒子(ハドロン)を構成する素粒子。1964年,マレー・ゲル=マンとジョージ・ツワイクにより独立に予言された。フレーバー(香り)と呼ばれる 6種類(アップ〈u〉,ダウン〈d〉,チャーム〈c〉,ストレンジ〈s〉,トップ〈t〉,ボトム〈b〉)があり,赤,青,緑の 3種類の色電荷をもつとされている。1995年トップクォークが確認され,6種類のクォークがすべて発見された。中間子ではクォークと反クォークが,またバリオンでは三つのクォークが,全体で無色となるようにグルーオンによって結びつけられている。クォーク間の力は距離とともに強くなるため,クォークを単独で分離することはできない(クォーク閉じ込め)と考えられている。素粒子の標準理論などの統一理論では,(u,d),(c,s),(t,b)と 2種類ずつまとめて扱い,それぞれにレプトンの対(電子,電子ニュートリノ),(μ粒子,μニュートリノ),(τ粒子,τニュートリノ)を付随させ,おのおのが四つの素粒子からなる三つのグループに分類される。各グループを世代 generationと呼んでいる。

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化学辞典 第2版 「クォーク」の解説

クォーク
クォーク
quark

基本粒子の一つ.陽子,中性子,中間子などの強い相互作用をするハドロンを構成する素粒子.二つずつ対をなす,アップu(+2/3),ダウンd(-1/3),チャームc(+2/3),ストレンジs(-1/3),トップt(+2/3)とボトムb(-1/3)の6種類がある.( )内は電荷で,それぞれに電荷の符号を逆にした反クォークが存在する.このモデルは,1964年にMurray Gell-MannとG. Zweigによって独立に発表された.陽子は(u,u,d),中性子は(u,d,d)からなるので,それぞれ+1,0の電荷を示す.はじめはu,d,sの3種類しかないと思われていたので,提唱者Murray Gell-MannによってJames Joyceの小説“Finnegans Wake”のなかの1句Three quarks for Muster Markからとってクォークと命名された.カモメの鳴き声を意味する.Zweigはエースとよんだがクォークが定着した.現在,6個とも見つかっているが,最後のtは,1995年になってフェルミ国立加速器研究所の陽子-反陽子衝突型シンクロトロン(TEVATRON)によってつくり出された.

出典 森北出版「化学辞典(第2版)」化学辞典 第2版について 情報

世界大百科事典(旧版)内のクォークの言及

【SU(3)対称性】より

…SU(3)対称性の破れ方の規則性からゲル・マン=大久保の質量公式が導かれたが,この式はSU(3)の十次元表現に属するスピン3/2の粒子で,当時は未発見であったオメガ粒子(Ω)の質量を予見し,1964年に予見どおりの質量のところにこの粒子が発見されたことによってSU(3)対称性の理論の正しさが証明された。スピン1/2の粒子を八次元表現にあてはめるゲル・マン流の考え方は,さらにSU(3)群の基本表現の三次元表現にあてはめるべき粒子としてu,d,sの三つのクォークの存在の仮定に導き,すべての強い相互作用をする素粒子はいくつかのクォークからできていると考えられるようになった。その後クォークの存在が確定的なものとなり,現在ではゲル・マンの考え方のほうが,P,N,Λを基本粒子とする坂田らの考え方に比べ,現在までに知られているどのような実験事実とも矛盾を起こしていないという点でより有益であると信じられている。…

【カラー自由度】より

クォークにはu,d,s,c,……などその種類を表すフレーバー自由度(香りの自由度)があるが,それぞれのフレーバー自由度をもったクォークはさらにu(赤),u(青),u(緑)というように3種類あると考えられている。この赤,青,緑の分類を与えるのがカラー自由度で,色の自由度とも呼ばれる。…

【素粒子】より

…素粒子は一応このように分類できるのであるが,これだけ多数の素粒子が見つかってくると,とくにその中でも圧倒的に数の多いハドロンについては,それらがほんとうにこれ以上不可分な根元的な粒子と考えてよいのかどうか疑わしくなる。現在では素粒子よりももっと基本的な階層の基本粒子〈クォーク〉が存在して,それらの組合せによりハドロンが作られると考えられており,ミクロの世界の主役はクォークにとって代わられているのであるが,クォークについては後述することにして,次に典型的な素粒子の発見の歴史を見ていくことにしよう。
【いろいろの素粒子】

[電子]
 素粒子として最初にその存在が明らかにされたのが電子である。…

【素粒子模型】より

…しかし,この三次元表現に属する粒子の存在を仮定し,他のすべてのハドロンはこれらの束縛状態と考えると分類がうまくいくことがわかった。この粒子はM.ゲル・マンによってクォークと名付けられ,初めは三次元表現に対応してu,d,sの3種が考えられた。クォークに基づく素粒子の模型はクォーク模型と呼ばれている。…

※「クォーク」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典|株式会社平凡社「世界大百科事典(旧版)」

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