1 EMAN 2012/03/21 (水) 18:24:40 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
近頃私がtwitterに不定期に書き込んできた「科学豆知識」を
こちらに転載して保存することにします。
(twitterでは過去の書き込みがすぐに見れなくなるので)

一つにつき140字以内でまとめる制限があるところに苦労するし、
おもしろい所でもあります。
2 EMAN 2012/03/21 (水) 19:11:54 ID:UKC.BNkKEk 修正アリ: 03/24 (土) 12:16 [修正] [削除]
★ ニュートリノが理論に登場するのは今から約80年前。 発見されたのはそれから20年ちょっと後のことである。
3 EMAN 2012/03/21 (水) 19:13:36 ID:UKC.BNkKEk 修正アリ: 03/24 (土) 12:16 [修正] [削除]
★ ニュートリノは電荷を持たない粒子、つまり中性の粒子である。
  それで中性子と名付けようとしていたが、
 別の中性の粒子が先に発見されたので、そちらが「中性子」と呼ばれることになった。
4 kafuka 2012/03/21 (水) 20:14:11 ID:Utjkuz.Osc [修正] [削除]
僕が、中学生の頃は、「中性微子」と、書いてある啓蒙書もありましたね。
たしか、都築先生の本だった、と思います。
5 EMAN 2012/03/21 (水) 20:44:14 ID:UKC.BNkKEk 修正アリ: 03/24 (土) 12:15 [修正] [削除]
★ ニュートリノはイタリア出身の科学者エンリコ・フェルミによって名付けられた。
  中性であることを表す「ニュートラル」と、
 イタリア語で「おチビちゃん」「〜ちゃん」のニュアンスのある「イーノ」をくっ付けて「ニュートリーノ」となった。
 要するに 「中性ちゃん」である。
6 EMAN 2012/03/24 (土) 12:09:36 ID:UKC.BNkKEk 修正アリ: 12:14 [修正] [削除]
★ ようやくニュートリノが発見された時ですら、まさかニュートリノがその他に二種類もあるとは思いもしなかった。
  全部で三種類ある。
  当時見つかったのは今で言う「電子型ニュートリノ」である。
7 EMAN 2012/03/24 (土) 12:12:19 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
Twitter投稿からの転載に何か印を付けた方が良さそうだな。
後からのコメントとはっきり区別したい。
8 EMAN 2012/03/24 (土) 12:29:38 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
★ ニュートリノだけじゃない。 実はあの「電子」にも三種類ある。
  発見されたときには何だか良く分からなかったので
 「μ(ミュー)粒子」(ミューオン)、「τ(タウ)粒子」(タウオン)などと名付けてしまって現在に至る。
9 EMAN 2012/03/24 (土) 12:31:47 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
↑ これはあまり良い出来じゃない。
 字数制限でうまく書けなかったがタウオンはちゃんと意味を考えて付けた名前だから。
 それを補うのが次の投稿。
10 EMAN 2012/03/24 (土) 12:32:54 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
★ τ(タウ)粒子が発見されたときには、これが3番目の電子だというのはすでに分かっていたので、
 その意味を込めてタウオンと名付けたのである。
 3番目(triton)の頭文字のτである。
11 EMAN 2012/03/24 (土) 12:36:52 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
★ 電子と電子ニュートリノのペアを第1世代、
 ミューオンとミューニュートリノのペアを第2世代、
 タウオンとタウニュートリノのペアを第3世代、といった具合に分類する。
  世代が違うと何が違うのか? 質量が違うくらいではないかと思える。
12 kafuka 2012/03/24 (土) 13:18:50 ID:Utjkuz.Osc [修正] [削除]
世代内で、粒子数が保存する。
逆に世代間には、行き来がない。

ということが、重要と思います。
13 EMAN 2012/03/24 (土) 13:37:36 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
世代間の行き来、ありますよ?
ストレンジネスの非保存は、
ストレンジクォークが弱い相互作用で崩壊するために起きる現象ですし。

ミューオンも弱い相互作用で崩壊して電子になったりします。
(そのとき、一緒にニュートリノ出ます。)
14 kafuka 2012/03/24 (土) 14:44:07 ID:Utjkuz.Osc 修正アリ: 18:39 [修正] [削除]
>ミューオンも弱い相互作用で崩壊して電子になったりします
これは、
http://members3.jcom.home.ne.jp/nososnd/field/decay.pdf
のp3の図にありますが、
斜めから見たファインマン図を描くと(ななめ線は省略。時間軸は左から右)
μ               e
     〜〜〜〜〜〜 
     |        |
     〜〜〜〜〜〜   
反ν_μ            反ν_e

という反応としても捉えることができます(〜〜〜で囲まれた部分は一本線かも)

〜〜〜〜で囲まれた部分は、第2世代の数=0、第1世代の数=0
そう考えられるなら、軽粒子に関しては、世代間の行き来はない
ように思えます。
15 EMAN 2012/03/24 (土) 17:11:04 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
「そう考えられるなら」とは無茶な!

その図は計算するための図に過ぎなくて、
黒丸のところで一度無に帰すると解釈できるわけではないですから、

<tex>\mu \ \longrightarrow \ e \ +\ \bar{\nu}_e \ +\ \nu_\mu</tex>

あるいは

<tex>\mu \ +\  \bar{\nu}_\mu \ \longrightarrow \ e \ +\  \bar{\nu}_e</tex>

のようにしか書けませんよ。 中間の状態は終状態としてはありません。
16 kafuka 2012/03/24 (土) 18:26:17 ID:Utjkuz.Osc 修正アリ: 19:29 [修正] [削除]
>中間の状態は終状態
のつもりは、ありません。誤解のないように、
>>14
を書き直しました。

釈迦に説法で恐縮ですが、ファインマン図は、どの方向から見ても、
物理的に成り立つし、同等な意味をもちます。

〜〜〜で囲まれた部分(一本線かも)は、第2世代の数=0、第1世代の数=0
と思います。

追伸:
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A6%E3%82%A3%E3%83%BC%E3%82%AF%E3%83%9C%E3%82%BD%E3%83%B3
を読むと、
「ウィークボソンは直ちに電子と反ニュートリノに崩壊する」
とあるので、〜〜〜で囲まれた部分は、Wボソンの一本線のようです。
17 EMAN 2012/03/24 (土) 19:47:52 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
だから中間の状態で粒子数が幾つだとか考えても意味ないというのに。
18 EMAN 2012/03/24 (土) 19:55:28 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
いや、待てよ、自分は途中のウィークボソンまで含めた内容まで考えてなかった。
そこまで考えたらkafukaさんの「世代間の行き来がない」という言葉が正当性を持つ状況があるのかな?

うーん、ボソンかー。
まぁ言いたいことは分かった。
19 kafuka 2012/03/24 (土) 20:16:07 ID:Utjkuz.Osc 修正アリ: 21:11 [修正] [削除]
ファインマン図(ななめ線は省略。時間軸は左から右)
μ               e
     〜〜〜〜〜〜 
反ν_μ            反ν_e

という反応と
p                e
     〜〜〜〜〜〜 
反p              反e

という反応は、電弱相互作用として統一されてます。
(上の〜〜〜はWボゾン、下の〜〜〜は光子)

屁理屈と思われるでしょうが、上の図を「世代間に行き来がある」と解釈できるとすると
下の図は、「重粒子と軽粒子の間に行き来がある」と解釈できてしまいそうです。

追伸:
真空が あるエネルギー以上になって相転移すると、電磁相互作用と弱い相互作用には、
区別がなくなります。
それを考えると、「世代間には行き来がない」とした方が、合理的と思います。
20 EMAN 2012/03/24 (土) 20:58:46 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
確かに言われるとおり。 屁理屈っぽいけど筋が通ってます。
21 明男 2012/03/24 (土) 22:10:34 ID:SRA5fKO8ng [修正] [削除]
ちょっと議論の要点が何か分からないのですが、世代間の行き来とは何を言うのでしょう。移り変わるということなら、答えは「あり」だと思います。ハドロン(クオーク)では御存じのカビボ行列、レプトンでは昨今話題のニュートリノ振動が将に世代間の話ですし、標準理論(修正版)の枠内の話だと理解しています。勿論、電弱理論では弱い力、クオークでは弱荷電カレントがフレーバーを変換する、と思うのですが。
的外れでしたら、申し訳ないですが。
22 EMAN 2012/03/24 (土) 22:23:23 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
あ! kafukaさん、追伸しちゃってるよ。
>>20 はその追伸部分に対して同意したわけではないですよ。
23 EMAN 2012/03/24 (土) 22:40:11 ID:UKC.BNkKEk 修正アリ: 22:44 [修正] [削除]
いや、議論というには実にくだらないものでして・・・。 もうやめたい。

私が「弱い力を介しての世代の変化はありますよ」と言うのに対して、

kafukaさんが
「弱い力を介した仮想的な中間状態に入る部分と、
中間状態から抜ける部分だけに注目して、それぞれを別々のものとして分けて見れば、
どちらも互いの世代に関係ない過程じゃないか?」という内容のことを主張されるので、

もしそう考えたいならそうですよ、と認めたまでです。
実のある議論じゃありません。
24 kafuka 2012/03/24 (土) 22:43:59 ID:Utjkuz.Osc [修正] [削除]
>EMANさん
すいません。気をつけます。

>明男さん
ニュートリノ振動のことは、頭になかったです。それを言えば、当然アリです。
レプトンとクォークでは、相互作用で「世代間の行き来ができる・できない」が違いますね。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%B1%E3%82%A2%E3%82%A4%E3%82%BD%E3%82%B9%E3%83%94%E3%83%B3
を見ると、


レプトンについては、電子-電子ニュートリノ、ミュー粒子-ミューニュートリノ、タウ粒子-タウニュートリノがこの対を作っており、対の中でのみ転換が起こる。
クォークについてはダウンクォークだけでなくストレンジクォークがアップクォークに転換する現象も知られている。
それ故にアップクォークと対を作っているのはダウンクォークとストレンジクォークが混合した粒子ということになる。 この粒子の混合現象をカビボ混合という。

でした。
25 EMAN 2012/03/24 (土) 22:50:20 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
> レプトンについては、電子-電子ニュートリノ、ミュー粒子-ミューニュートリノ、タウ粒子-タウニュートリノがこの対を作っており、対の中でのみ転換が起こる。

 あれ? そうなの? 俺の方が間違ってた?
26 EMAN 2012/03/24 (土) 23:00:58 ID:UKC.BNkKEk [修正] [削除]
>>15 に書いた式をどうとらえるか、というだけの話ではないかしら。
 自分はWikipediaの表現はどうもしっくりこないんだけど。
27 明男 2012/03/25 (日) 08:15:11 ID:SRA5fKO8ng [修正] [削除]
>kafukaさん

どうも用語の混乱または不精確が感じられます。Wikipediaの表現は、EMANさんの言われるように分かっている人にはいいかも知れませんが、省略や強調が独りよがりで感心しません。
例えば、

> レプトンについては、電子-電子ニュートリノ、ミュー粒子-ミューニュートリノ、タウ粒子-タウニュートリノがこの対を作っており、対の中でのみ転換が起こる。

これらのペアは同一世代であり、ここでは弱アイソスピンでの話です。そうではなく、ニュートリノ間の変換(振動)が世代間混合または転換にあたるものであり、明らかにニュートリノ振動とはべつの話です。
クオークではもともとフレーバーが変換しますから、(無いと思われていた)レプトンについてもニュートリノにおいて同様な事があったと言えます。ただし、ニュートリノはその転換が、EMANさんも指摘された、質量による差異(世代間)が本質的であり、発現機構は異なるかも知れません(同じかも知れん・・・私見)。
いずれにせよ、Wikipediaのような局所的説明ではなく、大局的なw視野で見なければいけませんねw。

蛇足ながら、例えばτ粒子のμ粒子や電子への転換があるかないかは、現在も精力的に実験で確認されている筈だと思います。
28 kafuka 2012/03/25 (日) 13:48:21 ID:Utjkuz.Osc 修正アリ: 19:22 [修正] [削除]
>明男さん
すいません。言葉を改めます。

ベータ崩壊:
<tex>    d \longrightarrow u + e + \overline{\nu_e} </tex>
の見方を変えて、
<tex>    d + \overline{u} \longrightarrow  e + \overline{\nu_e} </tex>
とすると、
これを、「クォークがレプトンに転換した」とは言わないでしょう。
だったら、
<tex>    \mu + \overline{\nu_{\mu}} \longrightarrow  e + \overline{\nu_e} </tex>
も、「μ(の世代)がe(の世代)に転換した」とは言うのは、おかしいです。
でも、そう言いますねw
まぁ、言葉だけの問題なので、どうでもいいこととは、思います。

しかし、上記の反応を見比べると、レプトンの世代間には、「クォークとレプトンの間」と似た関係
があるように見えます。
クォークとレプトンの関係(断絶関係?)を、素粒子論では、どう表すのか、さわりでいいので、お教え下さい。
興味があります。
29 明男 2012/03/25 (日) 21:15:26 ID:SRA5fKO8ng [修正] [削除]
先ず、私の専門は原子核だったので素粒子は専門外ですw。勿論、基礎的な講義は学習しましたが、何しろ古いうえに大して興味が無かったもので^^;)。
蛇足はほんとに駄足でした。τ粒子以下はτニュートリノ、μニュートリノ、電子ニュートリノ等に読み替えて下さい。

質問の意味が分からないですが、どうも話が噛み合って無い気がします。用語の混乱と書いたのは、”変換”だとか“転換”だとかではなくて、”世代間”と言う言葉です。世代間というなら、クオークはクオークの中で、レプトンはレプトンの中だけで済む話なのに、なぜクオークとレプトン間の話を交えるのか分からなかったからです。

ともあれ、知りたいのは「世代間の行き来」とは何を指すか、そしてそれは「あり」か「なし」か、です。

ちなみに、β崩壊の下の式はπ(-)の崩壊ですね。


30 kafuka 2012/03/26 (月) 14:38:16 ID:Utjkuz.Osc 修正アリ: 16:58 [修正] [削除]
明男さん

>世代間というなら、クオークはクオークの中で、レプトンはレプトンの中だけで済む話
世代の定義から言えば、おっしゃる通りなのですが、3つある世代の階層と、
レプトン→クオークという階層になにか関連(対称性?)が、あるのでは、
と考えて、
反応を比較してみたのです。(所詮、素人の発想ですw)

「世代間の行き来がない」とは、
普通は、弱い相互作用がなければ、「転換はない」 とい意味ですが、
真空のエネルギーが上がって、相転移して、弱い相互作用と電磁相互作用の区別が
なくなれば、
光子経由とWやZ0経由の転換との区別がなくなる と思うので、
光子経由で転換するのを、「世代間の行き来がない」と表現すれば、
WやZ0経由で転換するのも、「世代間の行き来がない」と表現できる
のでは、と思ったまでです。
31 明男 2012/03/26 (月) 17:34:27 ID:SRA5fKO8ng [修正] [削除]
>kafukaさん

了解しました。私の理解では、電弱統一理論、所謂ワインバーグ・サラムでは結局、高エネルギー(反応)では光子とW,Zボソン自体の区別が無くなるということです。これはkafukaさんにではないですが、どうも造語、同じ言葉でも物理で会話する一般の使い方と異なる意味で使われること、が多くて混乱します。自戒も含めて、もう少し丁寧な言葉使いを心がけねばなりませんね。
32 あもん 2012/03/26 (月) 20:44:38 ID:uuVTU1fgcY [修正] [削除]
掲示板を新設したのですね。ざっと眺めただけで、誤読があるかもしれませんが、また、すでに解決済みの話しかもしれませんが、ちょっと kafuka さんの問題意識に関してコメントさせてください。

素粒子標準模型はニュートリノセクターに多少の未定部分が残っているのですが、ここではニュートリノ族にマヨラナ質量項がないと仮定します。このときレプトンとクォークは、カラーSU(3)の1重項(スカラー表現、無色)か3重項(基本表現、色付き)かの違いだけで、他は同様な構造になります。

質量を対角化した場合、クォークは (u,d),(c,s),(t,b) と書かれますが、これら3つの世代は弱い相互作用(荷電カレント部分,Wボゾンの交換)を通じて混合します。その混合はカビボ角または小林益川行列で表されます。また、レプトンは、やはり質量を対角化した場合、(ν1,e),(ν2,μ),(ν3,τ) と書かれますが、これらも3つの世代も混合します。質量が対角化されたニュートリノを番号添字で表したことに注意。

一方、弱い相互作用(荷電カレント)を対角化した表示では、クォークは (u,d'),(c,s'),(t,b') と書かれ、これら3つの世代に弱い相互作用の混合はありません。しかし、d',s',b' は質量が対角化されていないので、これらクォークは互いに遷移してしまいます。そういう意味では混合があります。同様に、レプトンは、弱い相互作用を対角化する表示では (ν_e,e),(ν_μ,μ),(ν_τ,τ) と書かれ、これら3つの世代に弱い相互作用における混合はありません。しかし、ν_e, ν_μ, ν_τ は質量が対角化されていないため、これらはニュートリノ振動により遷移すると考えられるわけです。

通常、クォークに関しては質量を対角化し、レプトンに関しては弱い相互作用を対角化した表示を用いることが多いのですが、それはニュートリノが弱い相互作用しかせず、電磁相互作用や強い相互作用による観測ができないという、観測上の理由に依ります。理論自体はレプトンとクォークについて同様な構造になっているわけです(マヨラナ質量項がない場合)。

世代ごとのレプトン数は、ニュートリノ振動により保存しないことになります。ニュートリノ振動が起こる理由は、クォークの弱い相互作用における世代混合(カビボ,小林益川)と同じ理由と考えられるわけです。

以上、ご参考になれば幸いです。
33 kafuka 2012/03/26 (月) 21:41:58 ID:Utjkuz.Osc 修正アリ: 22:37 [修正] [削除]
あもんさん
ありがとうございます。

非常に理解が深まりました(「対角化する表示」とか基本的なことが?ですが ^^;

すでに、ニュートリノ振動が起こる理由まで、もうわかってるのですね。

ところで、レプトンとクォーク間に「弱い相互作用を対角化する表示」では混合はない と思いますが、
「質量を対角化する表示」では、混合はあるのでしょうか?
興味があります。
(僕の古い知識では、どのような混合もない)
34 EMAN 2012/03/26 (月) 22:32:11 ID:VYC.FUXTdw [修正] [削除]
私も分からない事だらけです。
それくらいはっきり説明できるように早く追いつきたい。
35 あもん 2012/03/26 (月) 23:12:59 ID:uuVTU1fgcY [修正] [削除]
kafukaさん:

「レプトンとクォーク間に」というのは、レプトンの何かとクォークの何かが弱い相互作用において混合する(ペアになって荷電カレントを作る)という意味でしょうか? そういうことは標準模型においてはないです。このため、標準模型においては、スファレロンという特殊で小さなアノマリの効果を除き、バリオン数とレプトン数が各々保存します。ちなみに大統一理論(GUT)ではこういった混合があり、バリオン数とレプトン数は共に保存しません。ただし(バリオン数−レプトン数)は保存します。

うーん、ちょっと質問の答えになっているか怪しい…(^^;。数理的な内容は私の「素粒子論」のノートを参照してください。「あもんノート」でググれば見つかります。
36 kafuka 2012/03/26 (月) 23:42:53 ID:Utjkuz.Osc [修正] [削除]
あもんさん
了解です。

たしか、陽子が崩壊するかどうかの実験では、否定的な結果が出た
と記憶しています。

GUTでは、混合があるというのは、
GUT砂漠の向こうでは、すべての相互作用に区別がなくなりますが、
レプトンとクォークにも区別がなくなるから
ということかなぁ。
(素人考えです。気にしないで下さい)
37 あもん 2012/03/27 (火) 00:51:58 ID:uuVTU1fgcY [修正] [削除]
>GUT砂漠の向こうでは、すべての相互作用に区別がなくなりますが、
>レプトンとクォークにも区別がなくなるから

そういう理解で合っています。標準模型は電子とニュートリノを混ぜる変換に対し不変なので、電子の数やニュートリノの数は保存しないけど、(電子の数+ニュートリノの数)=レプトン数 が保存すると考えられます。同様な理由で、GUTはレプトンとクォークを混ぜる変換に対し不変なので、レプトン数やクォーク数は保存しないけど、(バリオン数−レプトン数)は保存するというわけです。バリオン数は(クォーク数/3)です。係数や符号はモデルの詳細に依存しますが、おおよそそういうことです。

電子とニュートリノの間の遷移はWボゾンの放出で起こりますが、その質量は10^2 GeV のオーダーです. 一方、GUTにおけるレプトンクォーク間の遷移はX,Yボゾンの放出で起こり、その質量は 10^15 GeV のオーダーです。重い粒子を媒介するということは、低エネルギーでは、トンネル効果的に考えて、その相互作用が生じにくくなるということで、このため陽子崩壊は非常に稀れということになります。

しかし実験が否定的だったので、GUTについてはまだまだ検討しなければならないことが多いようです。超対称粒子が見つかれば、素粒子論も少しは進展するんでしょうけど。





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