素粒子物理班

素粒子物理学は、物質や宇宙の起源を解明し、自然界の相互作用を統一的に理解しようとする学問です。

これまで幾多の貢献が積み重ねられ、いまも探究が続けられています。

自然界には、強い力、弱い力、電磁気力、重力の 4 つの力が知られていますが、それらを統一的に扱い、あらゆる物理現象を説明する 万物の理論』は未完成です。初期宇宙は高温高密度の極限状態にあったと考えられており、その理解には、ミクロな理論を記述する量子力学と、マクロな重力を記述する一般相対論を統合した究極の理論が必要とされます。

特殊相対論を取り入れ、時空の対称性を反映させたのが場の量子論であり、素粒子の標準模型が記述されます。標準模型は現在知られている 17 種類の基本粒子とその相互作用を説明しますが、ニュートリノの質量の起源や重力を扱えないことなど、課題が残されています。また、そもそも素粒子の種類や性質がどのように決定されているのかという根源的な問いも存在します。

標準模型を超えて、ミクロの素粒子の法則とマクロの重力理論を統合する試みとして、超弦理論は最も有力な候補といわれています。弦理論では、基本単位は点状粒子ではなく一次元的な弦であり、素粒子の種類は弦の振動モードの違いとして現れます。弦理論では、4 つの力が統一的に扱われ、ゲージ場やフェルミオン、重力子などが自然に現れます。

素粒子物理学を学ぶ過程では、力や質量の起源、真空とは何か、スピンや時空、対称性とは何か、といった素朴な疑問が本質的理解につながる面白さがあります。知れば知るほど新たな問いが生まれ、探究心を強くかき立てる分野です。