ヒッグス粒子(機構)で形成される物質質量は全体の2％だけだそうですが、他の98%はどこから来るの？

Question

物質の質量がヒッグス機構で生まれると聞いていたのですが、ヒッグス粒子で生み出される質量は物質の質量全体の２％だけというではないですか？全部同じ仕組みで産み出されると思っていましたが、他の98%はどういう機構で生じているのですか？
天秤でしか質量を計測したことのない私にはよくわかりません。

物質の持つ運動エネルギーの転化？とか物質を形成するクオークがその場を形成するクオークと反クオークの対の中を通過する際に生じる？とかの説明がいくつか確認されましたが、何かわかりやすい例はありますか？

puyo3155 · Accepted Answer

>再度の御解説ありがとうございます。御解説は正しいのでしょうが、
残念ながら素人の私には強い力のQCD理論など理解できるはずもなく、お答えのさらなる解説が必要となるようです。

記事のミスリードに見えますね。

９８％の話は、南部の天才性を示すアイデアとして紹介。２％の話は、それが実際はヒッグス機構として、標準模型に取り入れられた実際の理論。

その２つを混同して書いてあるから、誤解するのも無理はありません。

この記事はまだましなほう。ヒッグス粒子が観測され、ヒッグス機構が正しいと検証されたときには、質量の存在を説明する神の粒子・・などと紹介され、ほとんどの記事にうそが書かれていました。

世の中のほとんどの人は、古典論的概念で、物質は細かく砕くと粒から出来ている・・・と思っているので、この手の嘘の記事は罪深いですね。実際には、太陽の核融合や、原発の核分裂エネルギーで生活しているのに、そのエネルギーが何で生まれているかも知らないのです。

＞物質を構成する要素クオーク他とそこの内在するエネルギー(質量)を並べ立て、その物質の総括的質量であるとの解答であるようです。

これは特殊相対性理論を認めれば自明です。特に新しいことではありません。質量とエネルギーは等価。質量はエネルギーの一形態ですから。

標準模型は完成していて、ほぼすべての素粒子現象を、例外なく記述する現代物理学の最高峰理論です。

原子は電子と核子からなる。
核子は中性子、陽子があり安定で、
どちらもクオークからなる。
あとは、粒といえるもの（フェルミオン）は何もなくて、
クオークがグルーオンを介して強い力で結合して、
まるで粒のように振る舞っているだけ

なのです。ならば、素粒子以外の質量の原因が、強い力であることは、自然の流れになります。

標準模型は完全なものではなく、未知のテーマはたくさんあります。重力は統合されていないし、多くのパラメータは実験値、くりこみによりスケールの問題を先送りしており、階層問題や、超対称性などもさまざまな討議があります。強い力の振る舞いも完全に解明されているわけではありません。

それを解決するための候補の一つが調弦理論ですが、その出発点の弦理論を提唱したのもまた、南部陽一郎であることも彼の天才性を表しているでしょう。

ブルーバックスは、ポピュラーサイエンスであり、たいていはなんちゃって科学なのですが、南部陽一郎先生自ら「クォーク」を書いているので、難解ですが、興味深いですよ。

abikon990-08321-3-29 · Answer

ヒッグス機構自体が間違っています。

『素粒子と宇宙の疑問 知りたい肝心のところをとことん具体的に解説 ーこの世界は何からできているのか 宇宙はどのように始まり終わるのかー』 https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1

puyo3155 · Answer

＞ダメですね。外国の方でしょうか？問いの意味が分かっていないようです。言葉の勘違いならすいません。

？？？

あなたが、新聞の記事を読み間違えているだけかと。まあ、このような記事にも問題がありますが。

＞【原子力反応で、質量が熱になって観測されることがあります】熱エネルギーとして放出された分・E=ｍｃ＾２でその物質の質量も減る。そのような減少するエネルギーも私は詳しくありませんが計測できるようです。

出来るようです・・・って、私がそう説明している通りです。これは、核反応はもちろん、化学反応でも同じです。

化学反応で、質量保存の法則をならいますね。あれって、厳密にいえば嘘です。

A＋B　＞＞＞　C　＋熱

のとき、

（A＋B）の質量　＝　Cの質量

と習いますが、本当は

（A＋B）の質量　＝　Cの質量　＋　熱に相当する（ｍ＝E/ｃ＾２)

なのです。ただ、光速の値が大きいため、開放されるエネルギー（この場合は、原子をつくっている電子と核子の間の電磁気力が小さいため、ゼロとみなしているだけです。

【それが、強い力がグルーオンやクオークと絡まって、陽子や中性子や、その結合を生み出している、結合エネルギーなのです。それが物質の質量として観測されます】言ってる内容は陽子中性子の構造クォークの結合内容として正しいようですが、その陽子中性子内部の結合エネルギーが、その物質の質量として観測される？

そうです。現代の標準模型、場の量子論の説明は、９８％の質量の由来となるエネルギーはすべて強い力の結合エネルギーで説明されます。場の量子論は、QCD理論として強い力に適用され成功をおさめています。クオークがグルーオンを交換して結びついている。クオークは閉じ込められて単独では取り出せない。中間子による核力も強い力による２次力だとわかったなど全部合わせて、総じて言えば強い力の結合エネルギーで物質の核は出来ていて、それが質量として観測されるってことです。

＞先の御礼に掲載した記事にある対となるクォーク反クォーク(場)を通過する際のしがらみの強さが質量として観測されるとの説明には該当しない。

南部先生は、超電導の中で質量ゼロのはずの光子が重くなる現象を研究し、その本質が自発的対称性の破れであると気が付いた。そして、それが素粒子論に応用できるとしたのです。結果として、弱い力の説明や、強い力のQCD理論につながり、湯川先生の中間子もクオークと半クオークの対であるとわかりました。

なので、今わかっている強い力由来の９８％の質量のアイデアの大元ではあるものの、QCD以前のアイデアですから、それを現代の説明に使っても無意味であり、読者をミスリードします。この記事でも、よくよく読めば、ノーベル賞のもとになった自発的対称性の破れの革新性をアピールするためのエピソードであると感じます。

puyo3155 · Answer

＞回答ありがとうございます。ちょっと質問内容と答えが違うようなので掲載記事をご覧いただきたいです。ご覧になったことはないのでしょうか？

こんな程度の知識は、物理学の常識です。
読むもなにも、全員が知っています。

私の話と、何も違いません。違うと見えるなら、あなたの理解が出来ていないのです。ちなみに、他の回答は、まったくまとはずれです。ダークエネルギーやダークマターは、物質以外の質量の話で未解明。この話は、物質の質量のことで、すでに解明されていることです。

南部先生は、自発的対称性の破れというアイデアで、本来対称性をもち質量がないはずの素粒子が、質量をもつ仕組みを解明した。これがヒッグス機構です。すでに実験でも確認されていますね。つまり２％の話です。

さて、

物質は、原子からなる。
原子は、核子と電子からなる。
核子は、陽子と中性子からなる。
陽子、中性子は、クオークからなる。

つまり、物質は、素粒子レベルでみると

クオーク、電子に、力を伝える光子、強い子を伝えるグルーオンで、なりたっています。この素粒子の質量を全部あわせても、物質の質量の２％に満たないということです。

それでは、他の９８％は何なのか？

それが、強い力がグルーオンやクオークと絡まって、陽子や中性子や、その結合を生み出している、結合エネルギーなのです。それが物質の質量として観測されます。陽子や中性子は安定しているので、粒にみえます。そして、そのエネルギーは取り出せずに、陽子や中性子の質量のままです。陽子と中性子の結合にかかわるエネルギーだけは、原子力反応で、質量が熱になって観測されることがあります。

puyo3155 · Answer

はい。ヒッグスは素粒子が質量を持つ仕組みであり、物質の質量を説明しているわけではありません。物資の質量の９８％は、強い力で中性子や陽子からなる核子に閉じ込められた、結合エネルギーです。そのエネルギーが物質の質量として観測されます。

観測される質量と結合エネルギーは、有名な特殊相対せ理論の式

E=ｍｃ＾２

で記述されます。質量とエネルギーは等価なのです。

核反応（核分裂や核融合）において、反応の前後で結合エネルギーに差があると、その差がエネルギーとして取り出されますね。それを質量欠損といいます。つまり、質量として観測されていたものが消えて、熱エネルギーなどとして取り出されたわけです。これでお湯をわかしてタービンを回して発電するんが原子力発電所です。その反応を急激に起こせば核爆弾になります。

t_fumiaki · Answer

他は輻射(光、電磁波）です。
元々、宇宙の直径が1cm未満の時代は全部輻射。

ogi_3 · Answer

全宇宙に占める物質の質量は５％程度とされています。
それ以外の「ダークマター」「ダークエネルギー」については未だ未発見です。

ヒッグス粒子(機構)で形成される物質質量は全体の2％だけだそうですが、他の98%はどこから来るの？

>再度の御解説ありがとうございます。

ヒッグス機構自体が間違っています。

＞ダメですね。

＞回答ありがとうございます。

はい。

他は輻射(光、電磁波）です。

全宇宙に占める物質の質量は５％程度とされています。

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