素粒子に影響を及ぼす、自然の4つの力



宇宙の歴史を解き明かすということは、
素粒子の発生から物質が構成されていく様子を遡るのと同時に、
素粒子がくっついたり、反発したりする要因となる力の働きを研究することが
不可欠となります。

粒子が安定した状態から、エネルギーの均衡が崩れることで新しい物質が産み出されて、
進化を遂げてきたわけです。

風が起こるメカニズムに似ていますね。
温度差があまりないと、風は起きませんが、
温度差があると、エネルギーの均衡が崩れ、温かい空気は上に、
冷たい空気は下に下がろうとして対流がうまれ、それが風となるわけですね。

このように、自然力の根源的な4つの力というのが知られています。

それが、
「重力」「電磁気力」「弱い力」「強い力」

です。「弱い力」「強い力」というのは漠然としていますね。

【重力:重力=重力子の交換】
万有引力として知られていますが、
地球、太陽、銀河系などの天体の運行をつかさどり、巨大な宇宙の構造を作り出している、絶対的な力です。
私たちを地球に引きつけている重力は、重力子の交換によって伝わり、重力子は質量を持たないので無限の遠方までとどきます。

【電磁気力:電磁気力=光子の交換】
こちらも私たちは馴染みの深い力のようです。
電気力と磁気力の2つの力として生活の中に組み込まれていますね。
静電気や磁石の力だけでなく、重力以外のすべての力は電磁気力なのだそうです。
電子と原子核を結びつけ原子を作る力、原子同士を結びつけ分子を作る力もそうですね。

【弱い力】
弱い力はとても短い距離の間でのみ働きます。通常、電磁気力よりもはるかに弱いのでこの名前がつけられました。すべてのクォーク、レプトンに働きます。
粒子の崩壊の原因となる(粒子の種類を変えることのできる)力で、日常では弱くて経験することのない力ですが、ミクロの世界では重要な役割を果たしています。
ここで作用する粒子は質量を持ちませんが、ヒッグス場と相互作用を持つことによって、質量を獲得するのだそうです。

この部分が、ヒッグス粒子に関係してきそうですね。

【強い力】
電磁気力の 100 倍程の大きさを持つ最も強い力なので、この名前がつけられました。クォークを結びつけ、陽子 (p) や中性子 (n) を作り、また陽子同士の間に働く電気的な斥力に打ち勝ち、中性子とともに原子核を作ります。 
距離が離れれば離れるほど、力は強くなりますが、安定性の問題から到達距離は短いため、日常にこの力を感じることはないそうです。

私たち自身や今生活しているこの世界が、この瞬間も、
こういった4つの力で動かれていると思うと物理が身近に感じられてきますね。

参考サイト:キッズサイエンティスト「自然界の4つの力」

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