素粒子の中身と量子の不思議な動き

中学校では原子よりも小さい、電子や陽子が素粒子だと言っていたとおもったのですが、それもクォークとかで構成されているようですね。関連して2点疑問があります。

現在知られている17種類の素粒子は、これらが更になにか別の小さな粒子で構成されていると考えられているのでしょうか。もっと小さい素粒子で構成されていると思われるけれども、それを破壊できないので確認ができないのか、それとも現在知られている素粒子が全ての答えなのでしょうか。

量子と名のつく話題となると、微小な粒子が不思議な動きをするとか、見るまで位置がわからないとかいいますが、これは「影響を与えずに観測する手段が無い」から不思議な動きをするのでしょうか。それとも技術の発展とは関係なくそういう特性なのでしょうか。

お暇な方、よろしくおねがいします。

No.3 ベストアンサー 回答者： puyo3155 回答日時： 2021/10/03 20:04

＞現在知られている17種類の素粒子は、これらが更になにか別の小さな粒子で構成されていると考えられているのでしょうか。

もっと小さい素粒子で構成されていると思われるけれども、それを破壊できないので確認ができないのか、それとも現在知られている素粒子が全ての答えなのでしょうか。

認められた、最先端の標準模型によれば、それぞれは、素粒子という言葉の通り、それ以上の構造を持たない最小の単位です。

標準模型は、およそ現代の、すべての素粒子現象を正確に記述できますが、

・　パラメータの多くが実験値。
・　３世代の必然性がわからない。
・　素粒子というには、数が多すぎる。
・　弱い力を受けると、素粒子が変わる。
・　重力が、理論に加味されていない。
・　相互作用が、局所で発散しくりこみが必要。

など、まだ未解決の問題があります。超弦理論は、弦の振動によって様々な素粒子が生まれる・・・という上位互換の理論で、標準模型の課題の多くの解決しますが、実験で検証するには、莫大な高エネルギーが必要で、まだ理論段階です。

＞量子と名のつく話題となると、微小な粒子が不思議な動きをするとか、見るまで位置がわからないとかいいますが、これは「影響を与えずに観測する手段が無い」から不思議な動きをするのでしょうか。それとも技術の発展とは関係なくそういう特性なのでしょうか。

違います。本当に観測するまで位置がわからないのです。複数の状態が重ね合わされて同時に存在しているとも言えます。マクロの物質の感覚では理解不能な新しい感覚ですね。それは、素粒子がつまるところ、場の振動つまり波であり、相互作用がない場合に、まるで粒のよう見える・・・だけだからです。量子論とか、場の量子論を勉強するとそのことがよくわかります。

ちなみに、物質は、

・電子と核子
・核子は、中性子と陽子
・陽子や中性子は、アップクオークとダウンクオーク

でてきています。それを、

・電磁気力を仲介する光子
・強い力で核子をまとめるグルーオン

つまり、物質は、素粒子レベルでみると

アップクオーク、ダウンクオーク、グルーオン、光子、電子

だけで出来ています。特に、核子が安定して存在することが、物質の安定性、この世の中の安定性を担保しているのですね。

余談ですが、これららの素粒子の質量を全部足しても、物質の質量の１％にしかなりません。残りはなにかと言えば、強い力で核子に閉じ込められた結合エネルギーに由来します。

実際物質の中身は、スカスカです。なのに、液体、個体、気体など、さまざまな物質でこの世は溢れている。不思議ですね。

No.2 回答者： ibm_111 回答日時： 2021/10/01 15:51

＞これらが更になにか別の小さな粒子で構成されていると考えられているのでしょうか。

プレオンというのが提案されていますが、実験的証拠はありません。
日本語版wikiにも記事はありますが、若干記述が怪しい気がするのでリンクは貼りません。

＞量子と名のつく話題となると、微小な粒子が不思議な動きをするとか、見るまで位置がわからないとかいいますが、これは「影響を与えずに観測する手段が無い」から不思議な動きをするのでしょうか。それとも技術の発展とは関係なくそういう特性なのでしょうか。

そういう特性ということになっています。隠れた変数理論というのはありますが、かなり不自然な理論になっているようです。

No.1 回答者： lv4u 回答日時： 2021/10/01 05:56

現代物理は、素粒子レベル以前に、原子のことさえもはっきりとは解明できていません。

ですので、クォークなんちゃら理論ができていても、それは天動説みたいに、後世で覆されるものかもしれません。
ま、それは発展途上であって、仕方ないことなのでしょうけどね。
解明されてないので、不思議な動きがあっても、そういうのは当然あることでしょう。

今後の研究の進展を祈るのみです。