翻訳|strangeness
素粒子を特徴づける量子数の一つで、奇妙さともいう。
強い相互作用をもつ素粒子の仲間をハドロンと総称するが、これらの粒子、たとえば陽子と中性子(核子と総称)、あるいはπ(パイ)中間子(+e、0、-eの電荷をもつ)などはすべて電荷の値が異なるだけで、質量その他の性質が非常に似た仲間をつくっている。この事実を理解するために、抽象的空間(アイソスピン空間)を考えて、ハドロンの粒子はそこでの角運動量(アイソスピン)Iをもつものとする。量子力学ではこのIの値は、整数か半整数であり、またその成分、たとえば第3軸成分I3は、2I+1個のとびとびの値をもつ。核子のIは1/2、I3は陽子に対して+1/2、中性子に対して-1/2とする。π中間子に対してはI=1,I3=1,0,-1と置く。次に重粒子(バリオン)数Bを核子に対して1、π中間子に対して0とすると、粒子の電荷Qは、eを単位にしてQ=I3+(B/2)と表せる。つまりハドロンの粒子はアイソスピン空間で、それぞれ一定の大きさの角運動量Iをもち、その角運動量の向きが第3軸となす傾きによっていろいろな電荷の値をとる、とみなすのである。
高エネルギー実験の進展とともに新しい一連の素粒子が発見されるにつれ、ハドロンには前記のアイソスピンやバリオン数のほかに、新しく整数値をとる量子数S(ストレンジネス)を付与しなければならないことが判明した。核子やπ中間子ではS=0であり、S≠0の粒子をストレンジ粒子とよぶ。こうしてハドロン全体に対して、粒子の電荷はQ=I3+(B+S)/2と表すことができ、この関係を中野‐西島‐ゲルマン則という。またB+S≡Yと書いて、ハイパーチャージといい、これら定義式に現れた量子数は、強い相互作用や電磁相互作用によるハドロンの反応ですべて保存される。
クォーク模型では、sクォークが-1のストレンジネスをもつので、sクォークを含むバリオンいわゆるハイペロンの仲間のΛ(ラムダ)粒子、Σ(シグマ)粒子はsクォーク1個をもつのでSが-1、Ξ(クシー)粒子は、sクォーク2個を含みSが-2、Ω(オメガ)粒子は3個のsクォークからなるのでSは-3となる。2008年に茨城県の東海村に建設された大強度陽子加速器施設(J-PARC:Japan Proton Accelerator Research Complex)では、ハイペロンを含む原子核、いわゆるハイパー核の研究が進められている。
[小川修三・植松恒夫]
出典 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典について 情報
〈奇妙さ〉ともいう。素粒子における量子数の一つ。1947年イギリスのロチスターとバトラーは,磁場中のウィルソン霧箱中においてV字形の飛跡を観測,これは中性粒子(Λ粒子)が二つの荷電粒子に崩壊したものと結論された。その後このような粒子としてK中間子,シグマ粒子(Σ)などの存在が明らかとなったが,これらの粒子がきわめて短時間につくられるのに,いったんできてしまうと平均寿命は予期されるものより大幅に長いことの説明はできず,このため,これらの新粒子は奇妙な粒子strange particleと総称された。53年西島和彦およびM.ゲル・マンらは,素粒子はアイソスピンとバリオン数のほかにもう一つの量子数を帯びていて,その数の和が強い相互作用や電磁相互作用では保存するという理論を提唱,ゲル・マンはこの新しい量子数をストレンジネスと呼んだ。ストレンジネスが保存される反応が一度に起こるのが強い相互作用で,保存されない反応は弱い相互作用で長時間かかって崩壊すると考えると,つくられるときはきわめて短い間につくられるのに,いったんできてしまうと平均寿命が長いという奇妙な性質をうまく説明できる。例えば,K中間子のストレンジネスSはS=+1,核子,π中間子ではS=0であり,π中間子と核子との相互作用は強い相互作用なので,これによってK中間子がつくられるとき,K中間子とともにS=-1の粒子(Λ,Σ)が必ず生ずる。一方,Λ,Σが核子とπ中間子に,またK中間子が二つのπ中間子に崩壊する過程ではストレンジネスは保存されない。すなわち弱い相互作用であり,これらの粒子の寿命は長い。
執筆者:猪木 慶治
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…二つのV粒子が同時に見られる確率はそれらが独立ならば極端に小さいはずだから,ひんぱんに起こるということは,一つの反応でそれらが同時につくられたとみるべきである。これらを説明するために,53年,西島和彦と中野董夫,M.ゲル・マンはそれぞれ独立に,すべてのハドロンは電荷とバリオン数のほかに新しい量子数としてストレンジネス(奇妙さ)strangeness(ゲル・マンの命名)をもち,このストレンジネスの和が強い相互作用や電磁相互作用では保存されるという考え(中野=西島=ゲル・マンの法則)を提唱した。ここでストレンジネスSは,粒子の電荷をQ,アイソスピンの第3成分をI3,バリオン数をB,電気素量をeとして,Q=e(I3+B/2+S/2)で定義される。…
…二つのV粒子が同時に見られる確率はそれらが独立ならば極端に小さいはずだから,ひんぱんに起こるということは,一つの反応でそれらが同時につくられたとみるべきである。これらを説明するために,53年,西島和彦と中野董夫,M.ゲル・マンはそれぞれ独立に,すべてのハドロンは電荷とバリオン数のほかに新しい量子数としてストレンジネス(奇妙さ)strangeness(ゲル・マンの命名)をもち,このストレンジネスの和が強い相互作用や電磁相互作用では保存されるという考え(中野=西島=ゲル・マンの法則)を提唱した。ここでストレンジネスSは,粒子の電荷をQ,アイソスピンの第3成分をI3,バリオン数をB,電気素量をeとして,Q=e(I3+B/2+S/2)で定義される。…
※「ストレンジネス」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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