目もくらむような粒子、力、場の配列が、私たちが目にするすべての素粒子の基礎を決定付けます。
ポールサッターは、オハイオ州立大学の天体物理学者であり、COSI科学センターの主任科学者です。サッターは「Ask a Spaceman」と「Space Radio」のホストでもあり、世界中のAstroToursをリードしています。 Sutterはこの記事をSpace.comのExpert Voices：Op-Ed＆Insightsに寄稿しました。
不思議と謎に満ちた本当に奇妙な土地を訪れるために、魔法のキャビネットをこっそり覗いたり、ポータルを無制限に飛んだりジャンプしたりしてはいけないはずの空飛ぶ生き物に乗ったりする必要はありません。いいえ、あなたがしなければならないすべてはあなたの粒子加速器を割って開け、下、下、下を見下ろすことです。
素粒子レベルでは、自然の真の多様性と素晴らしさがフルに表示され、目を見張るほどの物理法則に支配されて、めまいを起こすような粒子、力、場のすべてがぐるぐる回り、揺れ動きます。しかし、どういうわけか、混沌とした混乱を作成するのではなく、それらのすべての複雑な相互作用が、私たちがよく知っている規則的で秩序立ったパターン化された巨視的な世界を生み出します。 [奇妙なクォークとミューオン、オーマイ！ Nature's Tiniest Particles Dissected（Infographic）]
小さな世界が、統治者と統治者の間で、安定した城に快適に座っている人と実際に仕事をしている卑劣な農民の間の明確な線で、厳密な階層に分離されていることを理解できます。さまざまな住人の間の相互作用は、不変のルールによって固められています。つまり、すべての人のための場所があり、誰もが場所を持っています。
さあ、行きましょう。
王であることは良いことです
その中心にあるのは、最も大きな安定した粒子、つまりアップクォークとダウンクォークです。それらの寿命により、それらは結合してほぼ難攻不落の要塞、すなわち陽子および中性子として知られる核子の城に結合することができます。しかし、これらの核兵器の城塞を維持する仕事をしているのはクォーク自体ではありません。実際、核子内のすべてのクォークの合計質量は、陽子または中性子の質量よりはるかに小さいです。
代わりに、アップクォークとダウンクォークには、領域内の他のパーティクルには知られていない特別な能力が組み込まれています。彼らは強い核力を感じることができます。これは群を抜いて最も強力な力であり、クォークを非常に強固に接着しているため、単一のクォークを孤立して見ることはできません。その相互作用は、私たちの巨視的な世界の目に見えないバックボーンを形成します。私たちは陽子と中性子を当然のことと考えています—それは彼らが城壁をどれほどしっかりと構築するかです。そしてそれらの質量は主に個々のクォークではなく、内部の核結合の強さによるものです。
強い核力は陽子や中性子のレベルで止まるわけではありません。クォークを結合して他のすべての粒子を支配する接着剤は非常に支配的であるため、これらの城のいくつかをまとめて、原子核と呼ばれる頑丈な要塞にまとめることができます。この構造は陽子や中性子自体のように難攻不落ではありませんが、原子核を倒すには依然として多大な努力が必要です。
それでも、彼らの横暴な力のために、クォークの悪のようなグリップの到達範囲は、特定の城とその周辺に限定されています。強い力は、そのすべての強さのために、範囲が厳しく制限されているためです。これは、要塞、城のサイズを設定し、私たちが私たちの世界の核子として識別することを維持するものです。 [クォークに関する7つの奇妙な事実]
フィールドをトイリング
その限られた範囲を超えると、クォークはドメインをチェックし続け、ロイヤルメッセンジャー（フォトン）を介して互いに通信します。これらの足の速い使節は、宇宙のあちこちに飛び跳ね、疲れることはなく、電磁気力（電気、磁気、さらには光そのもの）を電荷を持つ粒子に運びます。この影響は宇宙全体に広がりますが、もちろん、ソースから遠ざかるほど効果は弱まります。
この電磁結合により、亜原子世界の底辺を一列に保ち、クォークが安全で人里離れた城のキープの比較的快適な場所でアイドリングを過ごしている間、破壊された「農民」—電子—豊富なバリエーションを作るためのすべての作業を行います可能な化学反応の。そうです—彼らのクォークマスターのために奴隷になるのは、貧弱で無視できない電子です。電磁気学によって原子核に束縛されますが、実際には量子力学の規則によって実際に入るのが妨げられています。電子は原子間で交換され、私たちの日常生活のほぼすべてを可能にする化学をもたらします。
支配的なクォークは、隣り合うドメインから謙虚な電子を喜んで交換、盗み、借り、光子からの強烈な突進で動きを形作ります—個々の希望、夢、または野心を気にせずに（宇宙を自由に流れ、磁気に巻きついて）フィールドなど）。
影に潜む
しかし、宇宙のすべての粒子が専制的クォークの親指の下にあるわけではありません。強い力を感知せず、通過する光子からのまぶしさを安全に無視して、宇宙全体を自由に流れることができるものもあります。ニュートリノです。これらの幽霊のような粒子は、目に見えない場所に身を隠すことができるため、何十年もの間、それらは完全に無質量であると私たちが思ったほど発泡性です。
ニュートリノには、電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの3つのタイプがありますが、それらは非常に偽装されているため、どちらを表示しているかはわかりません。彼らが旅行するとき、彼らは彼らが身に着けているマスクを通して循環することができて、熟練したスパイの容易さで彼らのアイデンティティを切り替えます。それらのマスクは、それらが（時折）宇宙の残りの粒子とどのように相互作用するかを決定します。たとえば、電子ニュートリノは、電子を含む反応にのみ関与します。
しかし、ニュートリノのいたずらな性質のため、この粒子の特定のフレーバーを生成するプロセスを常に逆に実行して、元の多様性を再びキャッチできるわけではありません。
それでも、それらのすべてのトリックと控えめにもかかわらず、ニュートリノはクォークのドメインからの影響に影響されません。しかし、そのような効果が発生するには、特殊部隊が必要です。弱い核力のキャリアであるWおよびZボソンと呼ばれる専門家の粒子だけが、悪質なニュートリノと通信することができます。場合によっては、ボソンはニュートリノを電子のようなより従順な生き物に変換することができます。
それでも、それはラッキーチャンスです。ほとんどの場合、卑劣なニュートリノはスコットランドから解放されます。
しかし、これらのWボソンとZボソンの粒子セットの秘密のブラックオプス戦闘機のスキルセットは、まれなニュートリノの出会いだけではありません。彼らはまた、核子要塞の内部の聖域にほとんど独占的にアクセスでき、ある種類のクォークを別の種類のクォークに変更することができます。中性子が原子核の安全性から脱出した場合、これらの特別なボソンはその粒子をより安定した陽子に変換できます。
レルムの外
もちろん、これは亜原子世界の全体像を与えるものではありません。標準モデル全体、これらの小さな生き物とそのすべてのビジーボディの相互作用のポートレートは、いくつかの段落に含めることができるよりもはるかに大きく複雑です。そして、標準モデルは現代物理学の勝利であり、何十年にもわたって苦痛にパッチをあて、厳密な予測と正確な実験を行っていますが、それも私たちの世界の不完全な全体像です。
1つには、重力は含まれていません。重力は、現時点では相対論の不完全な一般理論によって最もよく説明されています。また、暗黒物質と暗黒エネルギーの性質に関する長引く宇宙論的問題もあります。これは、従来の標準モデルでは言及されていません（これらの現象は最近発見されたばかりなので）。それだけではありません。ニュートリノの質量、力の階層などです。
しかし、物理世界をモデル化するためのチューインガムアンドダクトテープアプローチでは、完全ではなく、おそらく少し不満がありますが、標準モデルは非常に便利です。それは驚くべき正確さでそれらの亜原子の住人の動きと動きとそれらのすべての悪意のある計画を予測することができます。
エピソード「Particle Zooに住んでいるのは誰ですか？」を聞いて詳細をご覧ください。 iTunesおよびWebサイト（http://www.askaspaceman.com）で入手可能な「Ask a Spaceman」ポッドキャストで。この作品につながった質問について、アレッサンドロM.、ロジャー、マーティンN.、ダニエルC。、@ PoZokhrに感謝します。 Twitterで#AskASpacemanを使用するか、Paul @PaulMattSutterおよびfacebook.com/PaulMattSutterをフォローして、質問を投稿してください。
