だれでもわかる 最新・素粒子の世界 | 京極一樹の数学塾

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『だれでもわかる 最新・素粒子の世界』

EP.jpgEP.jpg著者:    京極一樹
発行日:    2012/11/8
頁数:    208頁
本体価格:  ¥800(税抜)
発行部数:  12,000部(2012/11/8現在)

はじめに

「神の素粒子」とも呼ばれる「ヒッグス粒子」がついに発見されました。これは、最終的に確認されればノーベル賞間違いなしの、今世紀最大の発見なのですが、「これは何だ」と問われても、ほとんどの方々には何が何だかわからないでしょう。
まず、「素粒子」自体が非常になじみが薄いのではありませんか。高校物理IIの末尾にある「物質と原子」「原子と原子核」と題された選択単元の3割ずつを集めると、何とか「素粒子物理の入門の入門」といったくらいのものになります。しかしこれらの単元を学んだ方々は、理系の受験生だけではないでしょうか。
ヒッグス粒子の出てくる背景には「標準理論」や「質量の起源」という言葉が登場します。これらを避けては、ヒッグス粒子にはたどりつけません。そんな分野を、わかりやすく読みやすい読み物にするのは至難の業なのですが、まずは素粒子の入門から始めて、日本人物理学者の貢献などを大幅に盛り込んで挑戦します。
「標準理論」は「素粒子の物理の3つの基本的な力を記述するための理論の1つ」ともいわれますが、他に有力な理論があるわけでもなく、「現状でもっとも成功し完成された素粒子の理論」というあたりがもっとも的を射ているでしょう。標準理論は、内蔵する問題点に対して新理論が提出されたらそれを取り入れて進化していく理論です。当初の標準理論には質量の起源に関する理論がありませんでした。「質量が何によって生ずるのかわからない」というのは不思議な話ではありませんか? 
そこで「ヒッグス粒子が他の素粒子の動きを妨げるから質量が生じる」という理論が1964年に提出され、約50年かかってこのたびやっとこの粒子が検出されました。そのためには、世界最大の「加速器」をつくり出す必要がありました。素粒子物理では、より小さなものを見るためにはより大きなエネルギーが必要になるのです。
本書では、素粒子の物理をできる限りわかりやすく、高校物理をできるだけ前提としないで解説します。内容はほとんどはしょらずに語る代わりに、少しだけむずかしいところが残るかも知れませんがご容赦ください。本書が、読者の方々に、素粒子の物理のおもしろさをご理解いただく一助となることを祈願します。

2012年10月 著者


第1章 原子は何からできているのか

1 素粒子とはどんなものでしょう?
2 素粒子物理学の発展における日本人物理学者の貢献
3 電子の質量は原子の質量の1/1800だった
4 放射線の発見は偶然の産物
5 放射能と放射線の種類と影響
6 原子の中はどうなっているのか?
7 次に原子核の中はどうなっているのか?
8 元素と原子はどう違う?
9 われわれの知る物理学が通用しない世界がある!
10 エネルギーに粒があるなら光にも粒がある!
11 天才物理学者ボーア登場!
■ 放射能の崩壊数(Bq)から被爆量(Sv)への換算

第2章 原子の中身は何からできているのか

1 「物質は波である」とはどういうことか?
2 ついに量子力学登場!
3 猫は生きているか/死んでいるか
4 位置と速度の両方を同時かつ正確には測定できない?
5 相対性理論と量子力学を融合して場の量子論へ
6 量子電磁力学から中間子論へ
7 4つの力と標準理論にはどんな関係が?
8 陽子や中性子は基本粒子ではなかった!
9 クォークが構成する粒子はスピンで4つに分類される
10 クォークの六角形の図式をもう少し理解する
11 クォークはほんとうは6種類もあった!
12 クォークがしたがうのは量子色力学
13 電子にも多くの仲間の粒子が見つかった
14 ニュートリノはどのようにして発見されたのか
15 電磁気力と弱い力を統合するのが電弱理論
16 幽霊はどのようにして捕獲するのか
■ 現代人が肉眼で初めて見た超新星 1987A

第3章 素粒子の質量は何によって生じたか

1 標準理論から万物の理論へ
2 「対称性の破れ」とは何のこと?
3 K中間子から発見されたCP対称性の破れ
4 CP対称性の破れはクォークが6種あるのが原因
5 謎の粒子ニュートリノの正体に迫る
6 質量を生み出すのはヒッグス粒子
7 ヒッグス粒子を生み出すのは自発的な対称性の破れ
8 宇宙はビッグバンから始まった
■ 元素の生成はビッグバン・構成核融合・超新星爆発による

第4章 加速器LHCによるヒッグス粒子の発見

1 素粒子を見る・創るには粒子を加速する
2 いろいろある加速器の種類としくみ
3 史上最大の加速器LHC
4 「神の粒子」ヒッグス粒子の発見

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