素粒子は、宇宙の最小の既知のビルディングブロックです。それらは内部構造を持たないと考えられています。つまり、研究者はそれらを空間をとらないゼロ次元の点と考えています。電子はおそらく最も身近な素粒子ですが、粒子とほとんどすべての力の相互作用を記述する物理学の標準モデルは、合計10個の素粒子を認識します。
電子および関連粒子
電子は、原子の負に帯電した成分です。それらはゼロ次元の点粒子であると考えられていますが、電子は、本質的に電子自体の一部として機能する他の仮想粒子の雲に囲まれて常に存在し、存在していません。一部の理論では、電子にはわずかに正の極とわずかに負の極があると予測されています。つまり、この仮想粒子の雲は少し非対称になるはずです。
これが事実である場合、電子はそれらの反物質ダブル、陽電子とは異なる振る舞いをする可能性があり、物質と反物質に関する多くの謎を潜在的に説明します。しかし、物理学者たちは電子の形状を繰り返し測定しており、電子が完全に彼らの知る限り完全に丸いことを発見し、反物質の難問に対する答えがないままにしている。
電子には、ミューオンとタウと呼ばれる2つの重いいとこがあります。ミューオンは、宇宙空間からの高エネルギー宇宙線が地球の大気の最上部に当たると作成され、エキゾチックな粒子のシャワーを生成します。 Tausは電子よりも3,400倍も重いため、希少で生産が困難です。ニュートリノ、電子、ミューオン、トースは、レプトンと呼ばれる基本的な粒子のカテゴリを構成します。
クォークとその癖
陽子と中性子を構成するクォークは、基本粒子のもう1つのタイプです。レプトンとともに、クォークは私たちが重要だと考えるものを構成します。
むかしむかし、科学者たちは原子が可能な限り小さい物体であると信じていました。この単語はギリシャ語の「atomos」に由来し、「不可分」を意味します。 20世紀の初め頃、原子核は陽子と中性子からなることが示されました。その後、1950年代と60年代を通じて、粒子加速器はパイ中間子やカオンなどのエキゾチックな亜原子粒子の波状を明らかにし続けました。
カリフォルニアのSLAC National Accelerator Laboratoryの歴史的報告によると、物理学者のMurray Gell-MannとGeorge Zweigは、陽子、中性子、その他の粒子動物園の内部の仕組みを説明できるモデルを1964年に独自に提案しました。陽子と中性子の内部には、クォークと呼ばれる小さな粒子が存在します。これらの粒子には、アップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、ボトム、トップの6種類があります。
陽子は2つのアップクォークと1つのダウンクォークから作られますが、中性子は2つのダウンとアップで構成されます。アップクォークとダウンクォークは最も軽い種類です。質量の大きい粒子は質量の小さい粒子に崩壊する傾向があるため、アップクォークとダウンクォークも宇宙で最も一般的です。したがって、陽子と中性子は私たちが知っているほとんどの問題を構成しています。
1977年までに、物理学者は研究室の6つのクォークのうち5つ（上、下、奇妙、魅力、および下）を分離しましたが、イリノイ州のフェルミラボ国立加速器研究所の研究者が最後のクォークであるトップクォークを見つけたのは1995年です。それを探すことは、後にヒッグス粒子を探すのと同じくらい激しかった。トップクォークは、アップクォークよりも約100兆倍重いため、生成が非常に困難でした。つまり、粒子加速器で生成するのにより多くのエネルギーが必要でした。
自然の基本的な粒子
それから自然の4つの基本的な力があります：電磁気、重力、そして強い核力と弱い核力です。これらのそれぞれに関連する基本粒子があります。
光子は最もよく知られています。それらは電磁力を運びます。グルオンは強い核力を持っており、陽子と中性子の内部にクォークが存在します。特定の核反応を媒介する弱い力は、2つの基本粒子、WおよびZボソンによって運ばれます。 CERNによると、弱い力と重力だけを感じるニュートリノはこれらのボソンと相互作用するため、物理学者は最初にニュートリノを使用してそれらの存在の証拠を提供することができました。
重力はここでは部外者です。これは標準モデルには組み込まれていませんが、物理学者は、重力子と呼ばれる基本的な粒子が関連付けられている可能性があると考えています。重力子が存在する場合、スイスのジュネーブにあるラージハドロン衝突型加速器（LHC）でそれらを作成することは可能かもしれませんが、CERNによれば、それらはすぐに余分な次元に消え、空いたゾーンを残しました。これまでのところ、LHCには重力子や余分な次元の証拠はありません。
とらえどころのないヒッグス粒子
最後に、素粒子の王であるヒッグス粒子があり、他のすべての粒子に質量を与える役割を担っています。ヒッグスを探すことは、標準モデルのカタログを完成しようと努めている科学者にとって大きな努力でした。ヒッグスがついに発見されたとき、2012年、物理学者は大喜びしましたが、その結果、困難な状況に置かれました。
ヒッグスは見た目とほぼ同じように見えますが、科学者たちはもっと望んでいました。標準モデルは不完全であることがわかっています。たとえば、重力の説明が欠けており、研究者はヒッグスを見つけることで標準モデルに取って代わることができる他の理論を指摘するのに役立つと考えました。しかし、これまでのところ、彼らはその調査で空っぽになった。
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