光子、粒子、素粒子

光子

電磁波(可視光線、X線、γ線など)はいずれも真空中では光と同じ速度(3.0×108m/s)で伝搬する。

電磁波はそれぞれの波長(エネルギー)によって分類される。

光子波動と粒子 の2つの性質を持っている。

電磁波はそれぞれの波長で決まる一定のエネルギーを持た粒子の集群としても作用する。この集群のうちの1つの粒子を光子(または光量子(photon))という。

光子に関する次の式は覚えておきましょう。

粒子(電子、中性子、陽子)

粒子(電子や陽子・中性子など)は光子とは異なり固有の質量を持ち、真空中でも光速度以下の任意の値をとる。

:光子の質量はである。

粒子も光子と同様に粒子と波動の2つの性質を持っている。

この波動の波長λをド・ブロイ波長といい、次式で表される。

練習問題

素粒子

クォーク

クォークは「アップクォーク(u) , ダウンクォーク(d) , チャームクォーク(c) , ストレンジクォーク(s) , トップクォーク(t) , ボトムクォーク(b)」の6種類に分類できる。

陽子はu×2とd×1、中性子はu×1とd×2から構成される。     

uの電荷+2/3、dの電荷-1/3であるため、電荷は陽子が+1、中性子が0となる。

クォークの質量はアップクォーク (u) が電子の10倍、ダウンクォーク (d) は電子の20倍程度であるが、これらが集まると質量は普通とは違った結果になる。

例えば、uddでは中性子だが、10+20+20=50とはならず1839倍程度になる。

中間子

中間子はクォークと反クォークから構成される。

最も軽い中間子はπ中間子 (π, π種類) である。

π中間子は電子の約270倍程度の質量をもっている。

核力は2つの核子間(陽子と中性子の間)でπ中間子を交換することにより働く力である。核力はクーロン力より働く力は強いが、力の到達距離(数f m程度)が極端に短い。

:f(フェムト):10-15

ミュー粒子

ミュー粒子は電気素量(電子)に等しい負の電荷と1/2のスピンを持つ。

ミュー粒子は電子の約207倍程度の質量をもっている。

静止エネルギー

  • 1u = 1.6605×10-27[kg]
  • 質量:電子<アップクォーク<ダウンクォーク<ミュー粒子<π中間子<陽子<中性子
  • 電子の質量のアップクォーク10倍、ダウンクォーク20倍、ミュー粒子207倍、π中間子270倍程度。

国家試験

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