粒子のリスト

これは既知および仮説上の粒子のリストです。

素粒子は測定可能な内部構造を持たない粒子であり、他の粒子で構成されているかどうかは不明である。^{[1]素粒子は}量子場の理論の基本的な対象である。素粒子には多くのファミリーとサブファミリーが存在する。素粒子はスピンによって分類される。フェルミオンは半整数スピンを持ち、ボソンは整数スピンを持つ。標準モデルの粒子はすべて実験的に観測されており、2012年にはヒッグス粒子も観測された。 ^{[2] [3]}重力子など他の多くの仮説上の素粒子が提案されているが、実験的には観測されていない。

フェルミオンは粒子の2つの基本クラスの1つで、もう1つはボソンです。フェルミオン粒子はフェルミ-ディラック統計によって記述され、パウリの排他原理によって記述される量子数を持ちます。フェルミオン粒子にはクォークとレプトンのほか、すべての重粒子や多くの原子や原子核など、これらの奇数個からなる複合粒子が含まれます。

フェルミオンは半整数スピンを持ちます。既知のすべての基本フェルミオンの場合、これは⁠1/2⁠ 。ニュートリノを除くすべての既知のフェルミオンは、ディラックフェルミオンでもあります。つまり、既知のフェルミオンにはそれぞれ異なる反粒子があります。ニュートリノがディラックフェルミオンであるかマヨラナフェルミオンであるかはわかっていません。^{[4]フェルミオンはすべての}物質の基本的な構成要素です。フェルミオンは、強い相互作用を介して相互作用するかどうかによって分類されます。標準モデルでは、6つのクォークと6つのレプトンの12種類の基本フェルミオンがあります。

クォークはハドロンの基本構成要素であり、強い力を介して相互作用します。クォークは分数電荷の唯一の既知のキャリアですが、3つのクォークのグループ（重粒子）または1つのクォークと1つの反クォークのペア（中間子）に結合するため、自然界では整数電荷のみが観測されます。それぞれの反粒子は反クォークであり、反対の電荷を運ぶことを除いて同一です（たとえば、アップクォークは電荷 + ⁠2/3⁠、反クォークは電荷を帯びている − ⁠2/3⁠）、色電荷、重粒子数によって特徴付けられます。クォークには 6 種類のフレーバーがあり、正電荷を持つ 3 つのクォークは「アップ型クォーク」、負電荷を持つ 3 つのクォークは「ダウン型クォーク」と呼ばれます。

レプトンは強い相互作用をしません。それぞれの反粒子は反レプトンで、電荷とレプトン数が反対であることを除いて同一です。電子の反粒子は反電子で、歴史的な理由からほとんどの場合「陽電子」と呼ばれます。レプトンは全部で 6 つあります。3 つの荷電レプトンは「電子のようなレプトン」と呼ばれ、中性レプトンは「ニュートリノ」と呼ばれます。ニュートリノは振動することが知られているため、特定のフレーバーのニュートリノは特定の質量を持ちません。代わりに、質量固有状態の重ね合わせで存在します。「ステライル ニュートリノ」と呼ばれる仮想の重い右巻きニュートリノは省略されています。

ボソンは、整数スピンクラスを持つ 2 つの基本粒子の 1 つで、もう 1 つはフェルミオンです。ボソンはボーズ・アインシュタイン統計によって特徴付けられ、すべて整数スピンを持ちます。ボソンは、光子やグルーオンのように基本的な粒子の場合もあれば、中間子のように複合粒子の場合もあります。

標準モデルによれば、基本的なボソンは次のようになります。

ヒッグス粒子は、主に粒子の質量の起源を説明するために電弱理論によって仮定されている。「ヒッグス機構」として知られるプロセスでは、ヒッグス粒子と標準モデルの他のゲージ粒子は、SU(2)ゲージ対称性の自発的な対称性の破れによって質量を獲得する。極小超対称標準モデル（MSSM）は、いくつかのヒッグス粒子を予測している。2012年7月4日、質量が125 および 127 GeV/ c ^{2 の}粒子が発表されたとき、物理学者はそれがヒッグス粒子ではないかと疑っていました。それ以来、この粒子は、標準モデルでヒッグス粒子に予測された多くの方法で動作、相互作用、崩壊することが示されており、さらにヒッグス粒子の 2 つの基本属性である偶数パリティとゼロスピンも持っています。これは、この粒子が自然界で発見された最初の基本的なスカラー粒子であることを意味します。

自然界の4 つの基本的な力の原因となる基本ボソンは、力粒子(ゲージボソン)と呼ばれます。強い相互作用はグルーオンによって媒介され、弱い相互作用はW ボソンと Z ボソンによって媒介され、電磁気は光子によって媒介され、重力はまだ仮説的な重力子によって媒介されます。

重力子は、重力を媒介するために標準モデルのいくつかの拡張に含まれた仮想粒子です。これは、既知の粒子と仮想粒子の間の特殊なカテゴリに属します。標準モデルでは予測されておらず、標準モデルにも必要とされない未観測の粒子であるため、以下の仮想粒子の表に属します。しかし、重力自体は確実なものであり、その既知の力を量子場理論の枠組みで表現するには、それを媒介するボソンが必要です。

もし存在するなら、重力子は質量がないと予想される。なぜなら、重力は非常に長い範囲を持ち、光速で伝播するように見えるからである。重力子はスピン-2ボソンでなければならない。なぜなら、重力の源は応力エネルギーテンソルであり、これは 2 次テンソルだからである (電磁気学のスピン 1光子は4 元電流であり、これは 1 次テンソルである)。さらに、質量のないスピン 2 フィールドは、重力相互作用と同じように応力エネルギーテンソルに結合するため、質量のないスピン 2 フィールドは重力と区別がつかない力を生じることが示される。この結果は、質量のないスピン 2 粒子が発見された場合、それは重力子に違いないことを示唆している。^[12]

超対称性理論ではさらに多くの粒子の存在が予測されているが、そのいずれも実験的に確認されていない。

光子、Z ボソン、W ^± ボソンが B ⁰、W ⁰、W ¹、W ²場の重ね合わせであるのと同様に、フォティーノ、ジノ、ウィノ^±は、ビノ⁰、ウィノ⁰、ウィノ¹、ウィノ²場の重ね合わせです。元のゲージノを基礎として使用するか、この重ね合わせを基礎として使用するかに関係なく、予測される物理粒子は、ヒッグスノとの重ね合わせとしてのニュートラリーノとチャージノだけです。

他の理論では、追加の基本ボソンとフェルミオンの存在が予測されており、いくつかの理論では、これらの粒子の追加のスーパーパートナーも仮定しています。

• ヒッグス二重項は、標準モデルを超えたいくつかの物理学の理論によって仮定されています。
• カルツァ・クラインの粒子の塔は、いくつかの余剰次元モデルによって予測されます。余剰次元の運動量は、4 次元時空における余剰質量として現れます。
• レプトクォークは、テクニカラー理論などの標準モデルのさまざまな拡張によって予測される重粒子数とレプトン数の両方を持つボソンです。
• ミラー粒子はパリティ対称性を回復する理論によって予測されます。
• 「磁気単極子」は、ゼロでない磁荷を持つ粒子の総称です。それらは、いくつかの GUT によって予測されています。
• プレオンはクォークとレプトンのサブ粒子であると示唆されていたが、現代の衝突型加速器実験によりその存在はほぼ否定されている。

複合粒子は素粒子の 結合状態です。

ハドロンは、強く相互作用する 複合粒子として定義されます。ハドロンは以下のいずれかの粒子です。

• 複合フェルミオン（特に 3 つのクォーク）は、重粒子と呼ばれます。
• 複合ボソン（特に2つのクォーク）。この場合は中間子と呼ばれます。

1964 年にマレー・ゲルマンおよびジョージ・ツヴァイク(クォークを「エース」と呼んだ)によって初めて独立に提唱されたクォーク モデルは、既知のハドロンが、グルーオンによって媒介されるカラー力によってしっかりと結合した価クォークおよび/または反クォークで構成されると説明しています。(クォークとグルーオンの相互作用は、量子色力学の理論によって説明されます。) 各ハドロンには、仮想のクォーク-反クォーク対の「海」も存在します。

通常の重粒子（複合フェルミ粒子）には、それぞれ 3 つの価クォークまたは 3 つの価反クォークが含まれます。

• 核子は通常の原子核のフェルミオン構成要素です。
  • 陽子は2つのアップクォークと1つのダウンクォーク（uud）から構成されています。
  • 中性子は、2つのダウンクォークと1つのアップクォーク（ddu）で構成されています。
• ハイペロンは、Λ、Σ、Ξ、Ω 粒子など、1 つ以上のストレンジ クォークを含み、寿命が短く、核子よりも重い。通常、原子核には存在しないが、短寿命のハイパー核に現れることがある。
• チャームド重粒子やボトム重粒子も多数観測されている。
• ペンタクォークは4 つの価クォークと 1 つの価反クォークで構成されています。
• 他のエキゾチックな重粒子も存在する可能性がある。

通常の中間子は、価クォークと価反クォークから構成されます。中間子は整数スピン(0 または 1) を持ち、それ自体は素粒子ではないため、基本フェルミオンから構成されていますが、 「複合」ボソンに分類されます。中間子の例には、パイ中間子、カ中間子、J/ψなどがあります。量子ハドロン力学では、中間子は核子間の 残留強い力を媒介します。

以下のエキゾチック中間子のすべてについて、これまでにも何度か正のシグネチャが報告されていますが、その存在はまだ確認されていません。

• テトラクォークは2つの価クォークと 2 つの価反クォークで構成されます。
• グルーボールは価クォークのないグルーオンの束縛状態です。
• 混成中間子は、1 つ以上の価クォーク-反クォーク対と 1 つ以上の実グルーオンで構成されます。

原子核は、通常、陽子と中性子で構成されていますが、エキゾチックな核は、ハイペロンを含むハイパートリトンなどの他の重粒子で構成される場合があります。原子核を構成するこれらの重粒子 (陽子、中性子、ハイペロンなど) は、核子と呼ばれます。各タイプの原子核は「核種」と呼ばれ、各核種は各タイプの核子の特定の数によって定義されます。

• 「同位体」とは、陽子の数は同じだが中性子の数が異なる核種のことです。
• 逆に、「同位体」とは、中性子の数は同じだが陽子の数が異なる核種です。
• 「同重体」とは、核子の総数は同じだが、核子の種類ごとの数が異なっている核種のことです。核反応により、ある核種が別の核種に変化します。

原子は、化学反応によって物質を分割できる最小の中性粒子です。原子は、比較的大きく軽い電子の雲に囲まれた小さく重い原子核で構成されています。原子核は、1 個以上の陽子と 0 個以上の中性子で構成されています。陽子と中性子は、クォークで構成されています。各タイプの原子は、特定の化学元素に対応しています。現在までに、118 個の元素が発見または作成されています。

エキゾチック原子は、陽子、中性子、電子に加えて、またはそれらの代わりに、ハイペロンやミューオンなどの粒子から構成されることがあります。例としては、パイオニウム（
π⁻
 
π⁺
）およびクォーコニウム原子。

レプトン原子は、-オニウムを使用して命名され、レプトンと反レプトンの結合状態によって構成されるエキゾチック原子です。このような原子の例には、ポジトロニウム（
e⁻
 
e⁺
）、ミューオニウム（
e⁻
 
μ⁺
）、そして「真のミューオニウム」（
μ⁻
 
μ⁺
）。これらのうち、ポジトロニウムとミューオニウムは実験的に観測されているが、「真のミューオニウム」はまだ理論上のものである。

分子は、物質の化学的性質を維持しながら物質を分割できる最小の粒子です。各タイプの分子は、特定の化学物質に対応しています。分子は、2 つ以上の原子の複合体です。原子は一定の割合で結合して分子を形成します。分子は、物質の最も基本的な単位の 1 つです。

イオンは、荷電した原子（単原子イオン）または分子（多原子イオン）です。イオンには、正味の正電荷を持つ陽イオンと、負電荷を持つ陰イオンが含まれます。

準粒子は、多くの粒子系に存在する有効な粒子です。凝縮物質物理学の場の方程式は、高エネルギー粒子物理学の場の方程式と非常によく似ています。その結果、粒子物理学の理論の多くは凝縮物質物理学にも適用されます。特に、準粒子と呼ばれる、作成して調査できる場の励起がいくつかあります。これには次のものが含まれます。

• エニオンは、編組統計に従うグラフェンシートのような 2 次元システムにおけるフェルミオンとボソンの一般化です。
• ディスロンは、静的変位の周囲における結晶転位の局所的な集団励起です。
• 励起子は電子と正孔の結合状態です。
• ホップフィオンは、スキルミオンの 3D 版であるトポロジカル ソリトンです。
• マグノンは物質内の電子スピンのコヒーレント励起です。
• フォノンは結晶格子内の振動モードです。
• プラズモンはプラズマのコヒーレント励起です。
• プレクトンは、エニオンの編組統計を 2 次元以上に一般化したものとして議論される理論上の粒子の一種です。
• ポラリトンは光子と他の準粒子の混合物です。
• ポーラロンは、物質内でイオンに囲まれた、移動する帯電（準）粒子です。
• スキルミオンは、軸ベクトル電流結合や質量など、核子の低エネルギー特性をモデル化するために使用される、パイ中間子場の位相解です。

次のカテゴリは一意でも区別可能でもありません。たとえば、WIMP または WISP はいずれも FIP でもあります。

• WIMP （弱い相互作用をする重い粒子）は、暗黒物質（ニュートラリーノやステライルニュートリノなど）を説明する可能性のある多数の粒子のうちの1つです。
• WISP （弱く相互作用する細長い粒子）は、暗黒物質（アクシオンなど）を説明する可能性のある低質量粒子の1つです。
• GIMP（重力相互作用する巨大粒子）は、前述のWIMPの代わりに暗黒物質の別の説明を提供する粒子である。
• SIMP （強く相互作用する巨大粒子）は、粒子同士が強く相互作用し、通常の物質と弱く相互作用し、暗黒物質を形成する可能性がある粒子である。
• SMP （安定質量粒子）は、長寿命でかなりの質量を持つ粒子であり、暗黒物質である可能性がある。
• FIP （弱く相互作用する粒子）は、通常の物質と非常に弱く相互作用する粒子であり、暗黒物質を説明できる可能性がある。
• LSP （最も軽い超対称粒子）は、 WIMPの候補として超対称モデルで発見された粒子である。

• カメレオン粒子はダークエネルギーの候補となる可能性がある
• アクセレロン粒子はダークエネルギーのもう一つの候補

• ブラディオン（またはタルディオン）は真空中では光速よりも遅く移動し、ゼロではない実数の 静止質量を持ちます。
• ルクソンは真空中で光と同じ速度で移動し、静止質量を持ちません。
• タキオンは、光速よりも速く移動する仮想の粒子であり、逆説的に時間を逆に経験し（相対性理論の逆転により）、既知の因果律に違反します。タキオンには、仮想の静止質量があります。

• カロロン、インスタントンの有限温度一般化。
• ダイオンは電荷と磁荷の両方を持つ仮想の粒子です。
• ジオンは、自身のエネルギー場の重力引力によって限られた領域に閉じ込められた電磁波または重力波です。
• ゴールドストーン粒子は、自発的に破れた場の質量のない励起です。パイ中間子は、量子色力学のカイラル アイソスピン対称性が破れた準ゴールドストーン粒子（厳密には質量がないわけではないため準ゴールドストーン粒子）です。
• ゴールドスティノは、超対称性の自発的な破れによって生成されるフェルミ粒子であり、ゴールドストーン粒子の超対称性対応物です。
• スファレロンは、ヤン・ミルズ場方程式の鞍点となる場の構成です。スファレロンは、非トンネル効果の速度の非摂動計算に使用されます。
• インスタントンは、ヤン・ミルズ場方程式の局所的最小値となる場の構成です。インスタントンは、トンネル速度の非摂動計算に使用されます。
• メロンは、ヤン・ミルズ場方程式の非自己双対解である場の構成です。インスタントンは 2 つのメロンで構成されていると考えられています。
• パートンは、複合粒子（当時は重粒子）を構成する小粒子を指すためにファインマンが作った総称であり、もともとは現在「クォーク」や「グルーオン」と呼ばれているものを指していました。
• ポメロンは、ハドロンの弾性散乱とレッジェ理論におけるレッジェ極の位置を説明するために使用されます。オデロンに対応します。
• 2021年に発見された、奇数個のグルーオンからなる粒子「オッデロン」 。ポメロンに相当する。
• ミニ荷電粒子は、電子電荷のごく一部を帯電させた仮想の亜原子粒子です。
• 連続スピン粒子は、ポアンカレ群の表現の分類に関連する仮想的な質量のない粒子です。