素粒子の寿命の不思議



2014/9/10
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公開日 2002/2/17

素粒子(そりゅうし)寿命(じゅみょう)の不思議を説明します。

素粒子の寿命

素粒子の寿命と質量

素粒子(そりゅうし)寿命(じゅみょう)と質量をもちます。 電子は無限の寿命(じゅみょう)をもつと考えられています。 電子の質量は 0.5 MeV(メブ)です。 一方、陽子は有限の寿命(じゅみょう)をもつと考えられています。 しかし、その寿命(じゅみょう)の長さは、まだわかっていません。 陽子の質量は約 940 MeV(メブ)です。 もし、電子の質量を0.5gと仮定すれば、陽子の質量は約940gになります。

宇宙では、陽子が高速で飛んでいます。それらは宇宙線と呼ばれています。 その陽子が、大気中の原子と衝突(しょうとつ)し、いろいろな素粒子(そりゅうし)が生成されます。 素粒子(そりゅうし)の一部はタウ粒子(りゅうし)とミュー粒子(りゅうし)です。

タウ粒子(りゅうし)の性質は電子と似ています。 タウ粒子(りゅうし)の質量は約1800 MeV(メブ)です。 もし、電子の質量を0.5gと仮定すれば、タウ粒子(りゅうし)の質量は約1800gになります。 このタウ粒子(りゅうし)の平均寿命(じゅみょう)は300フェムト秒です。1フェムト秒は1000兆分の1秒です。 タウ粒子(りゅうし)は電子とニュートリノに崩壊(ほうかい)します。

ミュー粒子(りゅうし)の性質は電子と似ています。 ミュー粒子(りゅうし)の質量は約100 MeV(メブ)です。 もし、電子の質量を0.5gと仮定すれば、ミュー粒子(りゅうし)の質量は約100gになります。 このミュー粒子(りゅうし)の平均寿命(じゅみょう)は2マイクロ秒です。1マイクロ秒は100万分の1秒です。 もし、タウ粒子(りゅうし)の平均寿命(じゅみょう)を約1000年と仮定すれば、ミュー粒子(りゅうし)の平均寿命(じゅみょう)は7億年になります。 ミュー粒子(りゅうし)は電子とニュートリノに崩壊(ほうかい)します。

光子は2マイクロ秒で600m進みます。 ミュー粒子(りゅうし)の平均寿命(じゅみょう)は2マイクロ秒であるため、600mも進まないはずです。 しかし実際には、6000m以上も進み、地表へ到達(とうたつ)します。 特殊(とくしゅ) 相対性理論の効果が、ミュー粒子(りゅうし)寿命(じゅみょう)をのばすためです。

素粒子の質量と寿命(日常単位系)
素粒子 質量寿命
電子 0.5 MeV ( 0.5g)無限
陽子 940 MeV ( 940g)不明
タウ粒子 1800 MeV (1800g)300フェムト秒 (1000年)
ミュー粒子 100 MeV ( 100g)2マイクロ秒 (7億年)

素粒子の寿命の不思議

素粒子(そりゅうし)寿命(じゅみょう)をもつことは、とても不思議なことです。 ろうそくの寿命(じゅみょう)はそのロウの部分の長さで決まります。 でも、それぞれの素粒子(そりゅうし)寿命(じゅみょう)は、初めから決まっているわけではないのです。 生まれて1000年たった素粒子(そりゅうし)も、7億年たった素粒子(そりゅうし)もまったく同じ素粒子(そりゅうし)なのです。 いいかえれば、自分が何才なのかまったく覚えてないわけです。

それぞれの素粒子(そりゅうし)は単位時間ごとに一定の確率で崩壊(ほうかい)しています。 たとえば、素粒子(そりゅうし)は1秒ごとにサイコロをふって、次のように行動します。

サイコロをふるという表現は比喩(ひゆ)です。 しかしながら、素粒子(そりゅうし)は、どのようにサイコロをふるのでしょうか? サイコロをふる時間間隔(かんかく)はどのくらいなのでしょうか? 私は、その時間間隔(かんかく)はとても短いと考えます。 その時間間隔(かんかく)は時間の最小単位なのかもしれません。

このように、素粒子(そりゅうし)崩壊(ほうかい)に関しても、不思議なことがたくさんあるのです。


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