【陽子崩壊】天才を狂わせたヤバすぎる未解決問題【ゆっくり解説】
ねえ魔理沙なんだ霊夢磁石の同じ曲を くっつけるのは難しいわね頑張っても弾か れちゃうのよ同じ曲同士だと反発し合っ てるからなだが実は私たちの世界には反発 し合うはずなのにくっついているものが 存在するぜ反発し合うはずなのにそれは 一体何なの答えは容姿だ容姿同士は反発し 合うはずなのにくっついているんだぜどう いうことなのかしら理由が気になるじゃ ないそれじゃ今回は容姿同士がバラバラに ならない理由について解説しようよろしく 頼むわまず本題の前に必要な知識を解説 するぜ霊夢は原子くらいなら知ってるか 色々な物質を作っているものよね ものすごく小さんだったかしらその通りだ 水や石こ私たちの体に至るまで様々な物質 は数多くの原子が集まることで成り立って いる原子は非常に小さいが原子自体もまた いくつかのものから構成されているぜ原子 もさらに細かくできるのね原子は中心に ある原子角とその周りを回っている電子 からなるこの原子角を構成しているものが 容子と中性子なんだよし今回のテーマが出 てきたわそして容姿や中性子もさらに 小さな粒子からできているまだ小さい粒子 があるのそれが素子だ 素粒水子とは物質を構成する最小単位の ことだ最小単位ってことはこれ以上小さな ものはなさそうね現状はなだが昔は原子が 最小単位だと考えられていたようにもしか したらさらに小さい有子が見つかるかも しれない科学の進歩は未数だもの可能性は ゼじゃないわ話を戻すが素子はいくつかの 種類に分けられる物質を構成している フェルミ粒子質量の要因となるヒッグス 粒子そしてフェルミ粒子の間でやり取りさ れることで何らかの作用を起こすゲージ 粒子だまずフェルミ融資だがこれは呼んで 自のごと物質を構成している 素粒水や中性子はフェルミ粒子に分類さ れるアップクオークやダウンクオークから なる具体的には用紙はアップクオーク2個 とダウンクオーク1個で構成され中性子は アップ多1個とダウンクオ2個で構成され ているんだ原子角をなす2つはそれらから できているのねじゃあ電子はどうなって いるの電子はそれ自体が 素粒水の回りの物質はほとんどがこの アップク多くダウンクオ電子の3種の素子 の組み合わせで構成されているぜこれだけ 種類があるのに実際にはほとんどその3つ でできてるなんて意外だわでは次の ヒッグス粒子に移ろうヒッグス粒子とは 物体の質量の要因となる素粒子だ質量の 要因なんだか難しそうなるべく簡単に解説 するぜこのヒッグス粒子によって宇宙は 満たされており海のようなものを形成して いるんだこれをヒッグスと呼ぶそして ヒッグスを他の素子が動く際に抵抗を 受けるんだぜこれは水の中を人が泳ぐ時の ようなものだな素子が人でヒッグスが水と 考えればいいのねここで素子がヒッグス から受ける抵抗こそが質量というわけだ この抵抗はヒッグス粒子と素粒子の相性に よって決まりそれが質量の違いを生み出し ている今まで質量については漠然と捉えて たけどそんなものが実態だったなんて驚い たわヒッグス粒子についてはこんなところ だ最後にゲージ有子について説明しよう ゲージ粒子は何らかの作用を起こすという のは先ほど言ったがこの粒子には4種類 ある4種のゲージ粒子がそれぞれ異なる4 つの作用を起こしているんだぜそれは一体 どんな作用なのかしらグルーオンを媒介と し原子核内で作用する強い力皇子を媒介と して原子間で作用する電磁気力ウィーク ボソンを媒介とし所有しないで作用する 弱い力グラビトンを媒介とし宇宙全体で 作用する重力これが4つの作用元1力から だ今言ったグルーオン ウィークボソングラビトンが4種類の ゲージ粒子ってことそういうことだぜ そして今説明した力こそが本題の鍵になっ ている本題って容姿同士がバラバラになら ない理由よねああここからその本題に触れ ていこう最初に容姿同士は反発するはずと 言ったがまずはその理由についてだ用紙が フェルミ粒子であるアップクオークと ダウンクオークからできているというのは 覚えてるよなもちろん覚えてるわよアップ クオーク2個とダウンクオーク1個でしょ それらアップクオークとダウンクオークは それぞれプラスとマイナスの電荷を持って いる電子がマイナスの電荷を持っていると いうことくらいは聞いたことがあるかそれ くらいならなんとなく知ってるわその電子 の電荷を-1としてアップクオークは+ 2/3ダウンクオークは-13の電荷を 持つんだつまり容子や中性子の電荷はどう なるえそんなこと急に言われても簡単な 足引きだアップクオークとダウンクオーク の数は分かるだろえっと用紙はアップクオ 2個とダウンクオ1個だから+23が2つ と-13が1つということは+1かしら 正解だぜついでに中性子も計算してみて くれ中性子はアップクオ1個とダウンクオ 2個つまり+2/3が1つと-13が1つ だから分かったわ答えは0ねよしオッケー だ電荷が分かったけどそれが何だっていう のそれこそ画用子同士が反発するはずと いった理由だぜなぜなら物質は同じ電荷 同士では反発してしまうからだこれは 先ほど上げた電磁気力による影響だぜ容姿 が電荷を持ってるからそこに電磁気力が 働くのねじゃあなんでバラバラにならない のここでようやく答えの時間だバラバラに ならない理由は容姿や中世子を結びつける 別の力が働いているからだ別の力もしかし てさっき言ってた4つの力のうちのどれか だったりお力と言われて気がついたか まさにその通りで容姿同士が結びつく要因 はグルーオンを媒介とする強い力なんだぜ 容姿に働いていたのは電磁気力だけじゃ なかったのねそれじゃ強い力の仕組みに ついて説明しよう強い力とは容姿や中性子 を構成している素子であるクオ同士を 結びつける力だクオークは赤青緑に分類さ れる式下と呼ばれるものを持っているこれ は電荷に似たようなもので異なる式家の間 には強い相互作用が働くその結果として 互いに引きつけ合いそれを媒介するのが グルー音というわけだクオーク同士で 引きつけ合う力があってその延長で容姿や 中性子は引き合ってるってことざっくり 言えばそういうことだこの強い力が電磁 気力よりも強力に作用しているため容姿や 中性士はバラバラにならず原子核をなして いる強い力と呼ばれているのはこのように 電磁気力より強強いからなんだぜ名前の 理由はなかなかシンプルでびっくりだわ 強い力と電磁気力を比べてみると力の強さ は100倍の違いがあるそんなに差があっ たらバラバラになろうとしても無理よまた 距離によっても違いが生まれるんだ電磁 気力は距離が離れるほど弱くなるが強い力 は離れるほど強くなるぜ離れるほど強く なっちゃうのああ例えるならバネのような ものだなバネは引っ張って伸ばすほど元に 戻ろうとする力が強くなるだろう確かに そうイメージすると分かりやすいわさて これで容姿がバラバにならない理由が 分かったわけだがここから強い力について さらに深掘りしていくぜまず強い力につい て語る上で外せないのは物理学者の床は秀 だな聞いたことあるような内容な日本人と して初めてノーベル賞を受賞した人物だぜ 彼がノーベル賞を受賞するに至った理由は 中間視理論というものだこの理論は容姿や 中性子を互いに結合させる強い力の媒介と なる中間視の存在を予言した中間視強い力 の媒介になるのはグルーオンじゃないの 中間視とはクオークとクオークに対して 電気的に反対の性質を持つハクオークが 結合した有子の一種だこのクオークとハ クオークは強い力によって結合しているぜ つまり中間子はグルーオンの働きによって なりその中間子が容姿と中性子を結びつけ ている突き詰めれば容子や中性子を 結びつける力もまたグルー音によるものと 言えるだろうそういうことだったのね中間 子理論を発表した1935年時点では容姿 中性子電子光子しか見つかっておらず道の 親友士の存在を主張する学説に対し米諸国 の科学者の多くは否定的だった見つかって もいないものを主張されたら認めにくいの も仕方ない気がするわしかし中間市によく 似た重さの親友士入遊子が宇宙から地球へ と降り注ぐ宇宙船の中から見つかった カールデイビッドアンダーソンという アメリカの物理学者がそれを発表したこと で中間子理論は世界的に注目されるように なったぜ当時はさぞ驚かれたでしょうね そして1947年にはイギリスの物理学者 セシルパウエルが実際にパ中間誌を発見し たこれに伴いは秀樹は1949年に日本人 初のノーベル物理学賞を受賞したんだこの ニュースは当時敗戦占領家で自信を失って いた日本国民に大きな力を与えたぜそっか その年代だと配線直後だわそんな時代に 医療を成し遂げたら確かに国民も勇気付け られそうねそれからも有子の研究は続け られていくぜ1950年から1960年 あたりには融資加速機の進歩により数多く の新たな融資が発見されたこの融資加速機 とは簡単に言うと融資を加速させて ぶつけること新たな融資を生み出す装置だ これらの融資は質量と電荷によって区別さ れていたぜ融資の中でパ中間視の質量に 近いものは中間視それより重いものは バリオンに分類されたこうして新たな融資 について研究が進んでいく中この有子たち を分類する構造が考えられたんだそれが 1964年マレーゲルマンによって提唱さ れたクオークモデルと呼ばれるものだぜ クオークってさっきまで話してたあの クオークそうだクオークモデルではアップ クオークを+23ダウンクオークを- 1/3の電荷として考えるさっき容姿と 中性子の電荷について考えた時も言ってた わねこれを元に発見された粒子たちについ て考えるとどれもこれも綺麗に説明できて しまったんだ最初に見つかった中間誌で あるパ中間誌についてももちろん説明する ことができたぜただこの時点でクオーク 自体は見つかっていなかったつまりまだ 家庭の理論だったわけだあれ中間誌の時も 同じだったようなクオも中間誌と同様に その後の研究で実際に発見されたぜそれは 1968年アメリカのスラック国立加速機 研究所で行われた実験で容姿の中に自由に 動き回る粒子が確認されたということだ 具体的には加速させた電子を用紙にぶつけ て中の様子を見るというものだぜ電子を ぶつけて中を見ることができるどういう ことかしら分かりやすく言えばレントゲの ようなものだなレントゲではX線を体に 当てることで中の様子が分かる似たような イメージで電子を用紙にぶつけて内部の 構造を見ることができるんだぜなるほど そういうイメージねこの発見の後ヤン ミルズ理論によって強い力の理論が確立さ れていくんだ今回はヤンミルズ理論につい て詳細は省くが理論から以下のようなこと が考えられた失業のない力を伝える有子が ある力を伝えるこれはグルーオンの存在だ な次は距離が離れるほど強くなるだそれは さっきも言ってたわバネみたいなイメー ジってああバネは伸ばすほど元に戻ろうと する力が強くなる逆に言えば伸ばしてい ない状態ならある程度自由に動くつまり 容姿や中性子の中といった短い距離なら 自由に動けるということだ容姿の中を見た 時に自由に動いていたのもそういうこと だったのねそして最後にクオーク グルーオンは閉じ込められているだぜ距離 が離れるほど強くなると言ったが一定以上 の距離を離そうとすると非常に強い力が 働くグルーオン薬オクを容姿から 取り出そうとすると無限大のエネルギーを 必要とするんだ無限大そんなに大変なら そっとしておいた方がいいわこうして強い 力について確立されたわけだが原子核の 発見からは相当の年月がかかっているどれ くらいかかったの原子角のが証明されたの は1911年でクオークや式家について 提唱されたのは1964年その後1968 年に用紙の内部構造の発見1973年に 理論の確率がなされた期間にして50年 以上もの年月がかかったんだぜ原子格の 存在を証明したのはいいけどそこからは とても長かったのね時間がかかるといえば 現代でも容姿の発見から100年以上も かかっている研究が1つあるんだ昔より 格段に技術が進歩してるはずなのにまだ 難しい研究がそれは容姿崩壊だぜ崩壊それ は容姿が崩壊するってこでいいのかしら ああ自の通りだ素粒水や相互作用を記述し 多くの物理現象をほぼ的確に説明できる 標準模型と呼ばれるものでは容姿の寿命は 無限とされていたが大統一理論では容姿 崩壊が起こると予言されているしかし現在 に至るまでその現象は確認されていない大 統一理論って宇宙を支配しているのは今回 説明した4つの力なんだえっと強い力電磁 気力弱い力重力の4つよねそうだ現代では その4つの力を1つの理論で説明しようと いう研究が進められている電磁気力と弱い 力を統一した理論である電力理論はすでに 確立されているぜもう2つは統一でき ちゃったなんてやるじゃないそして次に 統一しようとしているのが強い力だこの 強い力まで含めた3つの力を統一した理論 が大統一理論だぜ大統一理論によって予言 される容姿崩壊を観測できれば理論の確率 に貢献できるというわけだ重要な研究って ことはよく分かったわ最初の有力な大統一 理論では容姿の寿命は10の27条から 10の31条年とされていた現在では さらに長いという予想がされているがこれ は宇宙の年齢よりも長いぜ宇宙の年齢より そんなのどうやって観測するのよそれに 挑戦しているのが日本の岐阜県にある神を カデだ神をデ神をデだぜ今は性能を向上さ せたスーパー神をカデとして運用されて いるこの装置は1996年から運用を始め 現在に至るまで容姿崩壊の観測を続けて いるんだその装置はどういうもの神を管で は内側にセンサーを敷き詰めた大型の タンクに用紙を含んだ水を入れているこの 水は約5万Tセンサーは1万3000本だ とんでもない量だわこれだけで装置の大き さがよく分かるだろうそして大量の水の中 には容姿も含まれておりこれをセンサーで 観測し続けている観測するのはいいけど 宇宙の年齢より長い時間がかかる予想じゃ ないそこで用紙を大量に用意するんだ用紙 1つの寿命を仮に10の30畳程度とする なら用紙を10の30条個集めて観測する これなら1年に1個崩壊する確率は約63 と計算されるんだたくさん集めればどれか は崩壊するってこね1年のうちに起きなく とも数年以内には高確率で発生するはずだ ぜところが2024年現在まで崩壊は観測 されていないつまり当初の予測よりも容姿 の寿命が長いということだ今ではどれ くらいで予想しているの少なくとも10の 34畳以上だぜこのまま伸びていったらキ がなさそうだわあるいはやはり寿命など ないという可能性もあるなそうなたら いよいよ大変ねいずれにせよ根気強く観測 を続けるしかないぜ早めに観測できること を期待しておくわでは容姿についての解説 はここまでだあんなに小さな勇子の中で そこまで強い力が働いているなんて衝撃的 だったわよ私たちの身の回りの物質を構成 する容姿でそのようなことが起こってると 思うとすごいよな容姿の寿命の長さも驚き ね私たちの体なんてすぐ口果てちゃうのに 容姿崩壊もいつ観測されるのか非常に興味 深いところだぜさて今回はここで終わりに するぜよかったらチャンネル登録と高評価 をお願いしますもし取り上げて欲しい題材 があればコメント欄に記入してくれよな 最後までご視聴ありがとうございました
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15件のコメント
強い力、しかし難しい言葉を使うような学者達がこんなシンプルに言うって面白いな。
電磁気力を作ったはいいけどそれだと原子が存在しえないから無理矢理用意したみたいな強い力
デザインへたくそな神がいるんじゃないかと思う
弱い力も深掘り解説して欲しいです
もともとカミオカンデは陽子崩壊を観測するための装置だったはず。
でも「観測できない」ことも重要な実験事実なんだろうね。
５つ目の力を提唱する天才が現れて、これ以上学会が混乱しない様に願う。
むしろ統合されて３つとか２つとかにならんかな？
それにしても、流行りのひも理論と４つの力の関係って未解決だよな？
プラスマイナスは電子の向きだから、マイナスは電子のある場所が便宜的にマイナスと呼ばれる。なので電子そのものがマイナスで、そこには最初から別にプラス同士は反発してない。マイナスからプラスに行くだけでプラス同士が反発してるわけではない。
だから別に中性子とか弱い力とか強い力とかが無くても陽子同士は反発しないのでは？
と言うかそもそも、電磁気力も磁力も無いと思うよ。人間にはそう見えてるだけなんじゃないかなぁ。
そもそも別に電子は陽子に引かれて原子核の周りを回ってる訳じゃないだろ？電子が原子核の周りを回ってるのも人類の勘違いだろ。
過去の学者が物質の基本が原子の種類が多すぎると電子、陽子、中性子の3つにまとめたのに、これじゃ、元の木阿弥だな？これ以上素粒子が見つからないことを祈るまで…って、無理か？
素粒子の持つ性質は原子を構成する為に意図的に作られたかのように思えます。素粒子を組み合わせて原子以外の解を得ることは出来ないのでしょうか。
6:19 クォーク同士の結合を表す模式図に単なる棒線じゃなくわざわざバネが描かれてるのはそういうことか！
あれ、だとするとどうして重い原子は不安定なんだろう？原子核がデカくなるほど、より遠く離れる陽子や中性子が生まれるんだから、それらがより強く引き付け合って安定するはずでは？
懐かしのウラシマ効果で永遠の命とか一瞬で寿命が尽きる技がありましたね。
強い力は離れるほど強くなるの、今までそういうものとしか思ってなかったけどバネで例えればよかったのか……
クオークの電荷が３分のナントカって割り切れない感じが気持ち悪い,,,
だからってアップクオークが＋２、ダウンクオークが−１、電子が−３って言われてもなんだかなーって感じか。
宇宙は場所によって重力の強さや量子崩壊の時間に違いがあるから、地球だとそうだって事
この強い力が、核エネルギーのもとか。
原子核内部で陽子と陽子は励起した電子―中間子で結合しているというのが、湯川秀樹の中間子論だった。1920年にラザフォードがベータ崩壊の実験から原子核内部に電子が存在することを証明した。湯川は核内電子説を根拠に、電子の電荷が200倍あれば陽子同士を結合できるとして中間子論を主張した。これは現在でも否定されていない。