前のページ 1/1 次のページ

ヒッグス場とは、1964年にエディンバラ大学のピーター・ウェア・ヒッグスによって提唱された、素粒子の質量獲得に関する理論に現れる場についての仮説である。ヒッグス場によって質量を獲得するメカニズムをヒッグス機構と呼ぶ。同じようなメカニズムは、1964年にブリュッセル大学のロペール・ブルーとフランソワ・エングレールも独自に提唱していた。

ヒッグス機構では、宇宙の初期の状態においてはすべての素粒子は自由に動きまわることができ質量がなかったが、自発的対称性の破れが生じて真空に相転移が起こり、真空にヒッグス場の真空期待値が生じることによって殆どの素粒子がそれにあたって抵抗を受けることになったとする。これが素粒子の動きにくさ、すなわち質量となる。質量の大きさとは宇宙全体に広がったヒッグス場と物質との相互作用の強さであり、ヒッグス場というプールの中に物質が沈んでいるから質量を獲得できると見なすのである。光子はヒッグス場からの抵抗を受けないため相転移後の宇宙でも自由に動きまわることができ質量がゼロであると考える。

◆ 解説

もともと自発的な対称性の破れによる相転移という概念は物性物理学における超伝導状態を説明するために考え出された。そこではスピン1/2の電子がクーパー対を作りスピン1のボソンとして空間に凝縮(参照:ボース凝縮)しているのである。現在の宇宙の状態もこのように空間にヒッグス粒子が凝縮していると考えられる。

ヒッグス場が存在すれば、ウィークボソンに質量があることを説明することができ、しかもヒッグス機構によるWボソンとZボソンの質量比が実験結果と一致するため、素粒子の標準模型に組み入れられ、その検証を目指した実験が行われてきている。

ヒッグス場を量子化して得られるのがヒッグス粒子(ヒッグス・ボソン)であり、素粒子の標準模型の中で唯一未発見の粒子であり、その発見は高エネルギー加速器実験の最重要の目的のひとつとなっており、2008年より稼働したLHC加速器での発見が期待されている。

高次の対称性が破れ低次の対称性に移る際、ワイン底型ポテンシャルの底の円周方向を動くモードは軽いが、ワイン底を昇るモードにはたくさんのエネルギーが必要である。そのうちの前者を南部・ゴールドストンボソンと呼ぶ。対称性が保たれている状態においてヒッグズ場は複素スカラー2つで計4つの自由度を持つが、対称性の破れによって3つの南部・ゴールドストンボソンが生じ、3つのウィークボソンW⁺・W^-・Zに、それぞれの一成分としてとりこまれる。実験検証の望まれているヒッグス粒子はワイン底を昇るほうのモードに対応するものである。

◆ 参考文献

・S.W.Weinberg, The quantum theory of fields Vol.2, pp.295-354, Cambridge University Press 1996

・P.アトキンス, 斉藤隆央 訳, ガリレオの指 -現代科学を動かす10大理論-, pp.235-236, 早川書房 2004(原書: P.Atkins, Galileo's Finger -The Ten Great Idea of Science, Oxford University Press 2003)

◆注

◆関連記事

・物理学

・素粒子物理学

・ワインバーグ・サラム理論

・標準理論

・場の量子論

・ゲージ理論

前のページ 1/1 次のページ

・ヒッグス粒子 page1