フォースキャリア

量子場理論では、力の伝達体とは、他の粒子間に力を生じさせる粒子の一種である。力の伝達体は、特定の種類の物理場の量子として機能する。^{[1] [2]力の伝達体は、}メッセンジャー粒子、中間粒子、交換粒子とも呼ばれる。^[3]

量子場理論は、自然を場という観点から記述する。各場は、特定の種類の粒子の集合として補完的に記述される。2つの粒子間の力は、一方の粒子が他方の粒子に生成する力場の作用として記述することも、それらの間の仮想的な力伝達粒子の交換として記述することもできる。^[4]

場における波のエネルギー（例えば、電磁場における電磁波）は量子化されており、場の量子励起は粒子として解釈することができます。標準モデルには、次の力の運搬粒子が含まれており、それぞれが特定の力場の励起です。

• グルーオン、強い ゲージ場の励起。
• 光子、Wボソン、Zボソン、電弱ゲージ場の励起。
• ヒッグス粒子は、基本粒子に質量を与えるヒッグス場の1つの成分の励起です。

さらに、中間子などの複合粒子や準粒子は、有効場の励起として記述することができます。

重力は標準モデルの一部ではありませんが、重力波の励起である重力子と呼ばれる粒子が存在する可能性があると考えられています。この粒子の状態はまだ暫定的です。理論が不完全であり、単一の重力子の相互作用は検出するには弱すぎる可能性があるためです。^[5]

ある粒子が別の粒子に散乱して軌道を変える場合、そのプロセスについて考える方法は 2 つあります。場の図では、ある粒子によって生成された場が他の粒子に力を与えると考えます。あるいは、ある粒子が仮想粒子を放出し、それが他の粒子に吸収されると考えます。仮想粒子は、ある粒子から他の粒子に運動量を伝達します。この粒子の観点は、計算に多数の複雑な量子補正がある場合に特に役立ちます。これらの補正は、追加の仮想粒子を含むファインマン図として視覚化できるためです。

仮想粒子に関する別の例としては、ベータ崩壊があります。ベータ崩壊では、仮想W ボソンが核子から放出され、その後 e ^±と (反) ニュートリノに崩壊します。

仮想粒子による力の記述は、その記述の元となる摂動論の適用範囲によって制限されます。低エネルギーQCDや束縛状態の記述など、特定の状況では摂動論は機能しません。

メッセンジャー粒子の概念は、フランスの物理学者シャルル・クーロンが、帯電した物体間の静電力がニュートンの万有引力の法則に似た法則に従うことを示した 18 世紀に遡ります。やがて、この関係はクーロンの法則として知られるようになりました。1862 年までに、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツは光線を「すべてのメッセンジャーの中で最も速い」と表現しました。1905 年、アルバート・アインシュタインは「光量子とは何か」という問いに対する答えとして光粒子の存在を提唱しました。

1923年、セントルイスのワシントン大学で、アーサー・ホリー・コンプトンは現在コンプトン散乱として知られる効果を実証した。この効果は光が粒子の流れとして振る舞う場合にのみ説明可能であり、物理学界にアインシュタインの光粒子の存在を確信させた。最後に、量子力学の理論が発表される1年前の1926年に、ギルバート・N・ルイスは「光子」という用語を導入し、それはすぐにアインシュタインの光粒子の名前になった。^[6]そこから、メッセンジャー粒子の概念はさらに発展し、特に質量のある力のキャリア（湯川ポテンシャルなど）へと発展した。

• 仮想粒子
• 基本的な相互作用
• 励起子