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2010年10月10日 (00:55)

粒子と反粒子の対は双極子凸i*凹iではないのか

粒子と反粒子を双極子とすると、粒子と反粒子は極に過ぎない。それは、粒子ではないと思う。粒子の視点は、+1の視点である。⇒の双極子のダイナミクスに注目すべきだろう。
 凸i*凹iの双極子であるが、凸iと凹iとは粒子でないなら、何であろうか。素粒子だろうか。これは、アトム論的発想である。
 以前、即非子ということを述べたが、その方が、素粒子や粒子よりいい。とまれ、双極子でいいと思う。これは、いわば、三位一体である。三一体、トライアッドである。そして、思いつきでは、この三一体の双極子は、四つの様相、人間認識図の四つの象限をもつのではないだろうか。
 物理学では、四つの力のグランド・セオリーが問題になっているが、PS理論のMedia Pointの双極子理論によって、四つの力は整合的に説明できると思う。これは、直感であるが。
 後でさらに検討したい。

追記:時計回りの1/4回転で、凸i⇒+1となり、
凹i⇒-1と仮説すると、「粒子」(物質)が現象界(+1)に存し、「反粒子」(反物質)が現象界にはなく、超越界(-i)に存することが説明できる。
 反粒子、反物質、ダーク・マターは同一ではないだろうか。そして、超越界-1が本来のイデア界ではないのか。

反粒子
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
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反粒子(はんりゅうし)とは、通常の粒子 と比較すると、質量とスピンが等しく、電荷など正負の属性が逆の粒子を言う。。

相対論的量子力学 においては、フェルミ粒子の振る舞いを記述する運動方程式であるディラック方程式 に負のエネルギー固有値が現れるという問題があった。ポール・ディラック はこの問題に対する回答として、空孔理論を用いて「正のエネルギーを持つ反粒子が存在するせいである」とした。 場の量子論 においては、ディラック方程式の解を運動量空間で展開し、負の振動モードを表す場に対して 反粒子と呼ぶ。この枠組みでは、粒子と反粒子が衝突し光子に変わる、などの過程を生成消滅演算子を用いて数学的に記述することが出来る。現在の素粒子論は、場の量子論に立脚した標準模型 が実験結果を非常に正確に記述することが分かっており、粒子や反粒子の散乱断面積、崩壊幅などは場の理論を用いて計算することが出来る。

電子 の反粒子は陽電子 であり、同様に陽子 には反陽子 、中性子 には反中性子 がある。(中性子は中性であるが反中性子は構成粒子であるそれぞれのクォーク が反粒子であるため反粒子が存在する)反粒子が通常の粒子と衝突すると対消滅 を起こし、すべての質量がエネルギーに変換される。逆に、粒子反粒子対の質量よりも大きなエネルギーを何らかの方法(粒子同士の衝突や光子などの相互作用)によって与えると、ある確率で粒子反粒子対を生成することができ、これを対生成 と呼ぶ。

数学的取り扱いにおいては、粒子が時間軸を過去に向かって進んでいるものを反粒子である、と解釈することもできる。(CPT定理 )


http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8D%E7%B2%92%E5%AD%90


反粒子消滅の基礎理論
反粒子の消滅
反粒子は粒子(反・反粒子)に衝突したときにのみ消滅する.例えば,電子の反粒子である陽電子は電子と衝突すると消滅し,2個またはそれ以上の光子に変化する.電子と陽電子の静止エネルギーはそれらの光子のエネルギーに転換する.全体のエネルギーは保存される.

自然法則1:反粒子は粒子(反・反粒子)に衝突したときにのみ消滅する.

宇宙において反粒子は粒子(反・反粒子)に衝突したときにのみ消滅する.初期宇宙において反粒子は粒子(反・反粒子)に衝突したときにのみ消滅する.初期宇宙は宇宙の一種であると考えられる.

自然法則2:いろいろな素粒子反応で反応前後のバリオン数は不変である.これをバリオン数の保存則という.

バリオンは核子のようなスピン半整数のフェルミ粒子で強い相互作用する粒子である.重粒子ともよばれる.これらはバリオン数+1の素粒子と考え,それらの反粒子はバリオン数-1の素粒子と考える.バリオン数が保存しないなら,陽子は陽電子に崩壊するかもしれないが,自然の事実としてそのような崩壊は見出されていない.また,バリオン数が保存しているため,安定した鉛(Pb)が安定した金(Au)に変化することはない.なお,不安定な原子核は軌道電子捕獲等によってその原子番号を変えることがある.軌道電子捕獲とは,原子核中の陽子が軌道電子を捕らえて中性子になり,ニュートリノを放出することをいう.

素粒子の崩壊は、 物質の安定性と粒子の崩壊 で述べたように,ある粒子Xから複数の粒子が得られる現象である.反粒子が崩壊しても反粒子は消滅しない.

自然法則3:いろいろな素粒子反応で反応前後のレプトン数は不変である.これをレプトン数の保存則という.

電子,ミュー粒子,タウ粒子,電子ニュートリノ,ミューニュートリノおよびタウニュートリノはレプトンと呼ばれる.レプトンにはレプトン数1が与えられる.反レプトンにはレプトン数-1が与えられる.強い相互作用をするハドロンにはレプトン数0が与えられる.


反粒子
定義:反粒子は粒子と同じ質量・スピンの大きさ・寿命をもち,ただ,電荷等の符合が異なる粒子である.

例えば,陽電子は電子の反粒子である.

簡単のため,クライン-ゴルドン方程式で説明する.クライン-ゴルドン方程式は
  (B50)
である.この方程式は自由粒子に対する平面波の解
  (B51)
をもつ.方程式(B50)の複素共役をとると,ψ*がψと同じ方程式を満たすので
  (B52)
の時間変化をする解があれば
  (B53)
の時間変化をする解も存在する.


エネルギー解釈
因子(B52)の時間変化をする解がエネルギー+Eの解であり,因子(B53)の時間変化をする解がエネルギー-Eの解であり,その結果,正負一対のエネルギーの状態が存在すると解釈する.


時間・空間解釈
因子(B52)と(B53)の解から,エネルギー解釈では,正負一対のエネルギー状態が存在すると解釈するが,数式ではエネルギーと時間の積に対する正負一対の状態が存在することになっている.そこで,時間・空間解釈では因子(B52)と(B53)の解から,エネルギーEで時間進行が正負一対の状態が存在すると解釈する.実際には,解はψとその複素共役のψ*であるから,時間進行が正負一対の状態であるだけでなく,同時に互いに空間反転した状態にもなっている.以上から,時間・空間解釈により,粒子の状態(波動関数)を時間・空間反転すると反粒子の状態(波動関数)となり,逆に反粒子の状態(波動関数)を時間・空間反転すると粒子の状態(波動関数)となる.


CPT定理
時間反転をT反転,空間反転をP反転,粒子を反粒子に変える変換をC反転と表記する.時間・空間解釈により
PT=C  (B54)
である.この式にC反転をとると
CPT=C2  (B55)
となる.C2は粒子の状態を反粒子の状態に変え、さらにその反粒子の状態をもとの粒子の状態に変える変換であるから、
C2=I(恒等変換)  (B56)
である。したがって、
CPT=I  (B57)
である。すなわち、CPT反転は恒等変換である(CPT定理)。

CPT反転が恒等変換であるため、C反転、P反転、CP反転に対して対称性が破れていてもよい。
http://takaosuda.hp.infoseek.co.jp/homepage/relate/ap7.html

一般相対性理論 と 宇宙論

General Relativity and Cosmology



宇宙誕生の時に、粒子と反粒子は同じ数だけ生まれ、現在は粒子だけ残っているそう...

akb48_1111 さん

宇宙誕生の時に、粒子と反粒子は同じ数だけ生まれ、現在は粒子だけ残っているそうですね?で、その原因はCP対称性とかいうのが原因だそうですが、それって一体なんなんですか?


ベストアンサーに選ばれた回答

feynman2007 さん

CP対称性の破れを説明する理論に「小林・益川理論」がありますが、この理論では反粒子と粒子の差を説明するのには不十分なので、CP対称性の破れで粒子が残ったと結論付けることはできません(*詳細は後述)。

ですので、粒子だけが残り反粒子が消えた理由は未だによくわかっていません。

本題に入りますが、CPというのは粒子の「CP変換」のことです。対称性の破れとは、物理法則が変わることを指します。つまり、CP対称性の破れというのは、粒子をCP変換したときに、変換前と変換後で粒子の物理法則が変わるということです。

粒子のCP変換とは、「C変換」と「P変換」を同時に行う変換のことです。

P変換:空間を反転(Parity)する変換を「P変換」といいます。P変換は、鏡に映してみるような変換と思っていただければいいと思います。ただし、現実の鏡のようにすべてを反転させるわけではありません。
粒子は自転に似たスピンをしています。粒子がたとえば右ねじ方向にスピンしているとすると、ねじが進んでいく方向(スピンの向き)が1対1で決定します。

C変換:電荷(Charge)を反対にする変換を「C変換」といいます。C変換は粒子と反粒子の変換です。
粒子には右巻き、左巻きの性質(スピンとは別の性質)があります。C変換とは、この右巻き、左巻きの方向を変えずに電荷を反対に変換させることなんです。

C変換とP変換はそれぞれ対称性が破れていることが昔からわかっていましたが、CP変換は対称性の破れがなかなか発見されなかったため、CP対称性は破れていないのではないかと考えられていました。

ところが1964年、アメリカの物理学者ジェーブス・クローニンとバル・フィッチは「K中間子」の崩壊を調べた実験で、CP対称性の破れを発見したんです。CP対称性の破れは当時の物理学での大問題となりました。

そして、1973年に小林誠と益川敏英は、「小林・益川理論」を発表しました。クォークが3種類しか知られていなかった当時、クォークが6種類あればCP 対称性の破れを理論的に説明できると考えたんですね。その後、この理論の正しさが実証され、2人はノーベル物理学賞を受賞することになったんです。


(*):小林・益川理論はCP対称性の破れを説明し、Bファクトリーの実験などによって、同理論が正しいことも確認されました。しかし、小林・益川理論では、反粒子が消えてしまった謎を説明することはできません。なぜなら、小林・益川理論で生じるCP対称性の破れの程度はとても小さく、宇宙の歴史で生じた粒子と反粒子の差を説明するには不十分なんです。

粒子・反粒子の謎を解くためには、標準理論を超えた新しい理論が必要だと考えられています。

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1447970564


CP対称性の破れ
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
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CP対称性の破れとは、物理学 、特に素粒子物理学 において、物理学の大前提となるCP対称性に従わない事象 のことである。これは宇宙論 において、現在の宇宙 で物質 が反物質 よりもはるかに多いことを説明する上で非常に重要である。

CP対称性の破れは1964年 に中性K中間子 の崩壊の観測から発見され、ジェイムズ・クローニン とヴァル・フィッチ はその功績により1980年にノーベル物理学賞 を受賞した。現在も、理論物理及び実験物理で積極的な研究が行なわれている分野の1つとなっている。
概要 [編集 ]

Cは荷電共役変換(Charge Conjugation:粒子 を反粒子 へ反転する)、Pはパリティ 変換(Parity:物理系の鏡像 を作る)を意味し、CPはこれら2つの演算子の積である。強い相互作用 と電磁相互作用 はCP変換の元で不変であると考えられているが、弱い相互作用 による崩壊では、この対称性がわずかに破れている。

歴史的にみるとCP対称性は、1950年代に発見されたパリティ対称性の破れ を回復するために提案された。パリティ対称性とは、素粒子物理学の法則が鏡像反転のもとで不変である、という考えを背景としている。これは、化学反応や放射性崩壊のような反応が、鏡像反転しても同じ頻度で起きることを示唆している。

パリティ対称性は、電磁相互作用および強い相互作用による反応については正しい。1956年までパリティ保存は、エネルギー保存の法則 や運動量保存の法則 とともに、幾何学的な基本法則の一つであると信じられていた。しかし1956年に、理論物理学者の李政道 と楊振寧 が、すでに存在していた実験データを丹念に再検討し、パリティ保存は強い相互作用および電磁相互作用については確認されていたが、弱い相互作用については確認されていないことを示した。彼らはいくつかの直接的に検証する実験を提案した。コバルト 60原子核のベータ崩壊 を使った最初の実験は、1956年に呉健雄 らのグループによって実施され、弱い相互作用がパリティ対称性を破ることを明確に証明した。

全体的に見て、一つの量子力学 的体系の対称性は、もしも他の対称性Sが見つかって、それと組み合わせた対称性PSが破れないように出来れば回復される。このヒルベルト空間 の構造についての精妙な論点はパリティの破れが発見されてまもなく体現され、荷電共役がその秩序回復のための望まれた対称性であると提唱された。

簡単に言うと、荷電共役とは粒子と反粒子の間の対称性である。CP対称性は1957年にレフ・ランダウ により、物質と反物質の間の真の対称性として提唱された。言い換えれば、一つの過程ですべての粒子がその反粒子で置き換わったものはもとの過程の鏡像と等価である、と仮定された。
関連項目 [編集 ]

* 対称性の破れ
* 小林・益川理論
* CKM行列
* 小林誠 (物理学者)
* 益川敏英

「http://ja.wikipedia.org/wiki/CP%E5%AF%BE%E7%A7%B0%E6%80%A7%E3%81%AE%E7%A0%B4%E3%82%8C 」より作成
カテゴリ : 素粒子物理学 | 対称性


反粒子とは?
今世紀の初頭、原子・分子の世界を支配する基本法則として量子力学が確立されるやいなや、イギリスの天才物理学者ディラックは、これを自然をつかさどるもう一つの基本法則であるアインシュタインの相対性理論と合体させる作業にとりかかりました。非相対論的なニュートン力学が、光の速さに近いスピードで運動する物体に適用できないように、量子力学も、相対性理論との合体なくして、高速で運動する電子を正しく扱うことができないことは明らかだったからです。

こうしてできあがったのが、電子の相対論的運動方程式であるディラック方程式です。この方程式を解いてみると、-eの負の電荷を持つ電子を表す解だけでなく、電子と同じスピンや質量を持ちながら、+eの正の電荷を持つ粒子と解釈できるもう1つの解が出てきたのです。これは予想外のことでしたが、今にして思えば、電子の反粒子である陽電子に対応する解に他なりませんでした。ほどなく、こうして予言された陽電子が実験で見つかりました。これは、相対論的量子力学の輝かしい勝利でした。

今では、素粒子を記述する相対論的量子場理論の必然的な帰結として、全ての素粒子が、それと同じ質量を持ち、電荷のような符号を持つ(加算的)量子数が正負反対であるような反粒子の相棒を持つことが分かっています(符号を持つ量子数を持たない粒子の場合は、自分自身が自分自身の反粒子だとみなせます)。相対論的量子場理論が描く素粒子の世界は、以下に説明するように、粒子と反粒子が次々と生まれたり消えたりしながら移り変わっていくとてもダイナミックな世界です。

対消滅と対生成
粒子と、反粒子が出会うと、量子数が正と負で打ち消しあってゼロになり、真空と同じ状態になります。そしてそこには、もともと粒子と反粒子が持っていたエネルギーが残ります。これを対消滅といいます。静止した粒子と反粒子が対消滅した場合には、アインシュタインの関係式

E = mc2

によってエネルギーと質量が等価であることが分かっていますから、粒子と反粒子が同じ質量を持つことを考え合わせると、そこには2mc2 のエネルギーが残されることになります。高いエネルギーに加速された粒子と反粒子が正面衝突して対消滅した場合には、消滅した点にはさらに高いエネルギーが集中して残されます。

対消滅とは反対に、真空の1点に 2mc2 以上のエネルギーを集中させれば、そこから粒子と反粒子の対を取り出すことができます。これを対生成と呼んでいます(ここまであいまいにエネルギーの集中と呼んできたものは、実は粒子と反粒子を対にして生み出す力を秘めた、光子や、Z粒子、グルーオンなどの力の粒子の特殊な状態だと考えられます)。十分なエネルギーを注入できれば、宇宙創成直後の超高エネルギーの世界にしか存在しなかったような、重い粒子を作り出すこともできるのです。高エネルギー衝突型加速器は、まさにこの方法を使って、今まで人類が知らなかった新粒子を見つけたり、また、それらの粒子の間に働く力を調べるための装置なのです。

http://www.kek.jp/kids/class/particle/class01-05.html
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