基本的な相互作用

物理学において、基本的な相互作用または基本的な力は、より基本的な相互作用に還元できないように見える自然界の相互作用です。存在が知られている基本的な相互作用は4つあります。^[1]

• 重力
• 電磁気
• 弱い相互作用
• 強い相互作用

重力と電磁気の相互作用は長距離の力を生み出し、その影響は日常生活で直接見ることができます。強い相互作用と弱い相互作用は亜原子スケールの力を生み出し、原子内の核相互作用を支配します。

科学者の中には、第五の力が存在するかもしれないと仮説を立てている者もいるが、これらの仮説は依然として推測の域を出ない。

既知の基本的な相互作用はそれぞれ、数学的には場として記述できます。重力相互作用は時空の曲率に起因し、アインシュタインの一般相対性理論で説明されます。他の3つは離散的な量子場であり、それらの相互作用は素粒子物理学の標準モデルで説明される素粒子によって媒介されます。^[2]

標準モデルでは、強い相互作用はグルーオンと呼ばれる粒子によって行われ、クォークが結合して陽子や中性子などのハドロンを形成する原因となっている。残留効果として、後者の粒子を結合して原子核を形成する核力を生成する。弱い相互作用はWボソンとZボソンと呼ばれる粒子によって行われ、原子核に作用して放射性崩壊を媒介する。光子によって行われる電磁力は電場と磁場を作り出し、これが原子を結合させる原子核と軌道電子間の引力、化学結合、可視光などの電磁波の原因となり、電気技術の基礎を形成している。電磁力は重力よりもはるかに強いが、大きな物体内では相殺される傾向があるため、大きな（天文学的な）距離では重力が支配的な力となる傾向があり、惑星、恒星、銀河などの宇宙の大規模構造をまとめる原因となっている。

基本的な相互作用間の関係を示すモデルの歴史的な成功は、標準モデルを超えて、4つの力すべてを万物の理論に統合する取り組みにつながりました。

アイザック・ニュートンは1687 年の理論で、空間はすべての物体の前、内部、周囲に存在する無限かつ不変の物理的構造であり、物体の状態と関係はあらゆる場所で一定のペースで展開される、つまり絶対空間と絶対時間であると仮定した。質量を持つすべての物体は一定の割合で接近するが、質量に比例した衝撃で衝突すると推論して、ニュートンは物質が引力を発揮すると推論した。彼の万有引力の法則は、すべての物体の間に瞬間的な相互作用があることを暗示していた。^{[3] [4]}従来の解釈では、ニュートンの運動理論は伝達媒体のない中心力を^{モデル化していた。 [5] [6]したがって、ニュートンの理論は、}デカルトにまで遡る、遠隔作用はないという伝統に違反していた。^[7]逆に、1820 年代に磁気を説明する際に、マイケル・ファラデーは空間を満たす場を推論し、その力を伝達した。ファラデーは、最終的にすべての力が 1 つに統合されると推測した。^[8]

1873年、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは電気と磁気を電磁場の効果として統一し、その3番目の結果として真空中を一定速度で移動する光が生まれた。彼の電磁場理論がすべての慣性系で成り立つとすれば、これはガリレイの相対性理論に依拠するニュートンの運動理論と矛盾することになる。^[9]その代わりに、彼の場の理論が機械的光伝導エーテル（物質内または真空中のすべての空間を満たし、電磁場を発現すると想定される）に対して静止している基準系にのみ適用されるとすれば、ガリレイの相対性理論およびニュートンの法則と調和する可能性がある。（しかし、そのような「マクスウェルエーテル」は後に反証され、ニュートンの法則は実際には置き換えられなければならなかった。）^[10]

素粒子物理学の標準モデルは、20世紀後半を通じて開発されました。標準モデルでは、電磁気的、強い相互作用、弱い相互作用が素粒子に関連付けられ、その挙動は量子力学(QM) でモデル化されます。QM の確率的結果の予測の成功のために、素粒子物理学では従来、特殊相対性理論、つまり相対論的な量子場理論 (QFT)に設定された場全体でQMイベントをモデル化します。 ^[11]ゲージボソンと呼ばれる力の粒子(基礎となる場の力のキャリアまたはメッセンジャー粒子)は、フェルミオンと呼ばれる物質粒子と相互作用します。

日常の物質は原子であり、3 種類のフェルミオン (アップクォークとダウンクォーク)と原子核の周りを回る電子で構成されています。原子は相互作用して分子を形成し、電子間の電磁相互作用によって光子を吸収および放出し、電磁場の力の伝達体である光子が妨げられなければ無限の距離を移動できる可能性があり、さらなる特性を示します。電磁気学の QFT は量子電磁力学(QED) です。

弱い相互作用の力の担い手は、質量を持つW ボソンと Z ボソンです。電弱理論 (EWT) は、電磁気学と弱い相互作用の両方をカバーしています。ビッグバン直後の高温では、弱い相互作用、電磁相互作用、ヒッグス粒子は、もともとは対称性が破れる前の古代の異なる場の混合成分でした。初期宇宙が冷却するにつれて、これらの場は長距離電磁相互作用、短距離弱い相互作用、ヒッグス粒子に分裂しました。ヒッグス機構では、ヒッグス場はヒッグス粒子を顕在化させ、それが一部の量子粒子と相互作用して、それらの粒子に質量を与えます。強い相互作用の力の担い手は、クォーク間の微小な距離を移動するグルーオンであり、量子色力学(QCD)でモデル化されます。EWT、QCD、およびヒッグス機構は、素粒子物理学の標準モデル(SM) を構成します。予測は通常、計算による近似法を使用して行われますが、そのような摂動理論は、一部の実験的観測（たとえば、束縛状態やソリトン）をモデル化するには不十分です。それでも、物理学者は標準モデルを科学で最も実験的に確認された理論として広く受け入れています。

標準モデルを超えて、一部の理論家は電弱相互作用と強い相互作用を大統一理論^[12] (GUT)内で統合しようと取り組んでいます。GUT のいくつかの試みでは、「影」粒子を仮定し、既知のすべての物質粒子が未発見の力粒子と関連し、その逆もまた同様で、全体として超対称性(SUSY) を実現します。他の理論家は、仮想的な力のキャリアである重力子の挙動をモデル化することで重力場を量子化し、量子重力 (QG) を実現しようとします。QG への 1 つのアプローチは、ループ量子重力(LQG) です。さらに他の理論家は、QG と GUT の両方を 1 つのフレームワーク内で実現し、4 つの基本的な相互作用すべてを万物の理論(ToE) に還元しようとします。ToE で最も一般的な目的は弦理論ですが、物質粒子をモデル化するために力粒子にSUSY を追加したため、厳密に言えば、超弦理論になりました。複数の、一見異なる超弦理論が、 M 理論というバックボーンで統合されました。標準モデルを超える理論は、実験による十分な裏付けがないため、依然として非常に推測的なものである。

基本的な相互作用の概念モデルでは、物質はフェルミオンで構成され、フェルミオンは電荷とスピン± 1 ⁄ 2 (固有角運動量± ħ ⁄ 2、ħ は縮小プランク定数)と呼ばれる特性を持ちます。フェルミオンはボソンを交換することで互いに引き合ったり反発したりします。

摂動論における任意のフェルミオンの相互作用は次のようにモデル化できます。

2 つのフェルミオンが入る →ボソン交換による相互作用→ 変化した 2 つのフェルミオンが出てくる。

ボソンの交換は常にフェルミオン間でエネルギーと運動量を運び、それによってフェルミオンの速度と方向が変わります。交換によってフェルミオン間で電荷が運ばれることもあり、その過程でフェルミオンの電荷が変わります (たとえば、フェルミオンの種類が別の種類に変わるなど)。ボソンは 1 単位の角運動量を運ぶため、フェルミオンのスピン方向は、このような交換中に + 1 ⁄ 2から- 1 ⁄ 2 (またはその逆) に反転します (単位は換算プランク定数)。このような相互作用は運動量の変化をもたらすため、古典的なニュートン力を生じさせる可能性があります。量子力学では、物理学者は「力」と「相互作用」という用語を同じ意味で使うことがよくあります。たとえば、弱い相互作用は「弱い力」と呼ばれることもあります。

現在の理解によれば、基本的な相互作用または力は、重力、電磁気、弱い相互作用、強い相互作用の 4 つです。それらの大きさと動作は、以下の表に示すように大きく異なります。現代物理学は、観測されるすべての物理現象をこれらの基本的な相互作用によって説明しようとします。さらに、異なる相互作用タイプの数を減らすことが望ましいと考えられています。その好例が、次の 2 つの統一です。

• 電気力と磁力を電磁力に変換する。
• 電磁相互作用と弱い相互作用が電弱相互作用に変換されます。以下を参照してください。

表に示されている関連するポテンシャルの大きさ (「相対的な強さ」) と「範囲」は、どちらもかなり複雑な理論的枠組みの中でのみ意味を持ちます。以下の表は、現在も研究が続いている概念体系の特性を示しています。

重力以外の基本的な力に関する現代の（摂動的な）量子力学的な見方は、物質の粒子（フェルミオン）は直接相互作用するのではなく、電荷を運び、相互作用のキャリアまたは力の仲介者である仮想粒子（ゲージボソン）を交換するというものです。たとえば、光子は電荷の相互作用を仲介し、グルーオンは色電荷の相互作用を仲介します。完全な理論には、単にフェルミオンがボソンを交換する以上の摂動が含まれます。これらの追加の摂動には、フェルミオンを交換するボソンや、粒子の生成または破壊が含まれる場合があります。例については、ファインマン図を参照してください。

原子スケールでは、 重力は4 つの相互作用の中で最も弱く、電磁相互作用が優勢です。

重力は、天文距離を超える天体にとって4つの基本的な力の中で最も重要な力である。その理由は2つある。第一に、重力は電磁力のように無限の有効範囲を持つが、強い相互作用や弱い相互作用とは異なる。第二に、重力は常に引き付け合い、決して反発しない。対照的に、天体はほぼ中性の正味電荷に向かう傾向があり、ある種類の電荷への引き付けと反対の電荷からの反発は、ほとんど互いに打ち消し合う。^[15]

電磁気は重力よりはるかに強いのですが、静電気引力は惑星、恒星、銀河などの大きな天体には関係ありません。これは単に、これらの天体は陽子と電子の数が等しく、正味の電荷がゼロだからです。引力または反発力を持つ電気力とは異なり、重力は引力のみであるため、重力を「打ち消す」ものはありません。一方、質量を持つすべての物体は引力のみを持つ重力の影響を受けます。したがって、宇宙の大規模構造では重力のみが重要です。

重力の到達範囲が長いため、銀河やブラックホールの構造などの大規模な現象の原因となり、引力のみであるため、宇宙の膨張を遅らせます。重力は、惑星の 軌道などのより小規模な天文現象だけでなく、物体が落下したり、重い物体が地面に接着されているかのように動作したり、動物が一定の高さまでしかジャンプできないなどの日常的な経験も説明します。

重力は数学的に記述された最初の相互作用でした。古代、アリストテレスは、異なる質量の物体は異なる速度で落下するという仮説を立てました。科学革命の間、ガリレオ・ガリレイは、この仮説が特定の状況下では誤りであることを実験的に判定しました。つまり、大気が存在する場合の空気抵抗と浮力による摩擦を無視すると (たとえば、落下した空気入りの風船と水入りの風船の場合)、すべての物体は同じ速度で地球に向かって加速します。アイザック・ニュートンの万有引力の法則(1687) は、重力の挙動をよく表していました。今日の重力の理解は、1915 年のアインシュタインの一般相対性理論に由来しています。これは、時空の幾何学の観点から重力をより正確に (特に宇宙の質量と距離について) 記述したものです。

一般相対性理論と量子力学（または量子場理論）を統合して、より一般的な量子重力理論を構築する研究が活発に行われている。重力は、重力子と呼ばれる質量のないスピン 2 粒子によって媒介されていると仮定されている。

一般相対性理論は、最小スケールを除くすべてのスケールで実験的に確認されていますが（少なくとも弱い場、つまりブラックホールについては確認されていません）、一般相対性理論に代わる理論が存在します。これらの理論は、ある極限で一般相対性理論に還元される必要があり、観測研究の焦点は、一般相対性理論からの逸脱がどの程度可能であるかについての限界を確立することです。

提案されている余剰次元は、重力がなぜそれほど弱いのかを説明できるかもしれない。^[16]

電磁気力と弱い相互作用は、日常の低エネルギーでは非常に異なっているように見えます。これらは 2 つの異なる理論を使用してモデル化できます。ただし、統一エネルギー (100 GeV程度) を超えると、これらは 1 つの電弱力に統合されます。

電弱理論は、特に宇宙がどのように進化したかという現代の宇宙論にとって非常に重要です。これは、ビッグバンの直後、温度がまだ約 10 ¹⁵ Kを超えていたときに、電磁力と弱い力が結合した電弱力としてまだ融合していたためです。  

アブドゥス・サラム、シェルドン・グラショー、スティーブン・ワインバーグは、素粒子間の弱い相互作用と電磁相互作用の統一への貢献により、 1979年にノーベル物理学賞を受賞した。^{[17] [18]}

電磁気は、電荷を帯びた粒子間に働く力です。この現象には、静止している荷電粒子間に働く静電気力と、相対的に動いている荷電粒子間に働く 電気力と磁気力の複合効果が含まれます。

電磁気力は重力と同様に無限の範囲を持ちますが、はるかに強力です。電磁気力は電子を原子に結合させ、分子をまとめる力です。電磁気力は光、磁石、電気、摩擦などの日常的な現象の原因です。電磁気力は化学元素のすべての巨視的特性と多くの原子レベルの特性を根本的に決定します。

4キログラム（約1ガロン）の水の入った容器には、

${\displaystyle 4000\ {\mbox{g}}\,{\rm {{H}_{2}{\rm {{O}\cdot {\frac {1\ {\mbox{mol}}\,{\rm {{H}_{2}{\rm {O}}}}}{18\ {\mbox{g}}\,H_{2}O}}\cdot {\frac {10\ {\mbox{mol}}\,e^{-}}{1\ {\mbox{mol}}\,H_{2}O}}\cdot {\frac {96,000\ {\mbox{C}}\,}{1\ {\mbox{mol}}\,e^{-}}}=2.1\times 10^{8}C\ \,\ }}}}}$

総電子電荷の2倍である。したがって、このような容器を1メートル離して2つ置くと、一方の容器の電子はもう一方の容器の電子を

${\displaystyle {1 \over 4\pi \varepsilon _{0}}{\frac {(2.1\times 10^{8}\mathrm {C} )^{2}}{(1m)^{2}}}=4.1\times 10^{26}\mathrm {N} .}$

この力は地球の重さの何倍も大きい。一方の容器の原子核は、もう一方の容器の原子核を同じ力で反発する。しかし、これらの反発力は容器 A の電子と容器 B の原子核の引力、および容器 A の原子核と容器 B の電子の引力によって打ち消され、結果として正味の力はなくなる。電磁力は重力よりもはるかに強いが、打ち消し合う傾向があるため、天文学的規模の物体では重力が優勢になる。

電気と磁気の現象は古代から観察されてきましたが、ジェームズ・クラーク・マクスウェルが電気と磁気が同じ基本的な相互作用の 2 つの側面であることを発見したのは 19 世紀になってからでした。1864 年までに、マクスウェル方程式はこの統一された相互作用を厳密に定量化しました。ベクトル計算を使用して言い換えられたマクスウェルの理論は、ほとんどの技術的目的に適した古典的な電磁気学の理論です。

真空中の光の速度が一定であること（通常は小文字のcで表記される）は、特殊相対性理論と一致するマクスウェル方程式から導き出される。しかし、アルバート・アインシュタインが 1905 年に発表した特殊相対性理論は、観測者がどれだけ速く動いても光の速度は一定であるという観察から導かれ、マクスウェル方程式によって示唆される理論的結果が、電磁気学をはるかに超えて、時間と空間の本質に深い影響を与えることを示した。

古典的電磁気学から逸脱した別の研究で、アインシュタインは、光が周波数に基づく特定のエネルギー含有量の「量子」で伝送されるというマックス・プランクの発見を利用して光電効果も説明しました。これは現在光子と呼ばれています。 1927年頃から、ポール・ディラックは量子力学と電磁気学の相対論を組み合わせました。 1940年代のリチャード・ファインマン、フリーマン・ダイソン、ジュリアン・シュウィンガー、朝永振一郎によるさらなる研究により、この理論が完成しました。これは現在、改訂された電磁気学の理論である量子電気力学と呼ばれています。 量子電気力学と量子力学は、トランジスタなどの日常的な電子機器が機能するために必要な、一定の割合の荷電粒子が古典的電磁気学では不可能な方法で移動する量子トンネル効果などの電磁気的挙動の理論的基礎を提供します。

弱い相互作用または弱い核力は、ベータ崩壊などのいくつかの核現象の原因です。電磁気と弱い力は現在、統一された電弱相互作用の2つの側面であると理解されています。この発見は、標準モデルとして知られる統一理論への第一歩でした。電弱相互作用の理論では、弱い力を運ぶのは、WボソンとZボソンと呼ばれる質量のあるゲージボソンです。弱い相互作用は、パリティを保存しない唯一の既知の相互作用であり、左右非対称です。弱い相互作用はCP 対称性さえも破りますが、CPT を保存します。

強い相互作用、または強い核力は、主に距離に応じて変化するため、最も複雑な相互作用です。核力は、約 1 フェムトメートル (fm、または 10 ^{−15メートル) の距離}にある核子間で強力に引き合いますが、約 2.5 fm を超える距離では急速に減少して無視できるようになります。0.7 fm 未満の距離では、核力は反発力になります。この反発要素は、核子が力の許す範囲を超えて近づくことができないため、原子核の物理的なサイズを決定します。

1908 年に原子核が発見された後、正電荷を帯びた陽子の静電反発力(電磁気の現れ) を克服するために、今日では核力として知られている新しい力が必要であることは明らかでした。そうでなければ、原子核は存在できません。さらに、その力は、直径約 10 ⁻¹⁵ mの体積に陽子を押し込めるほど強力でなければなりませんでした。これは、原子全体の直径よりもはるかに小さいものです。この力の射程距離が短いことから、湯川秀樹は、質量が約 100 MeV の巨大な力を持つ粒子と関連していると予測しました。

1947 年のパイオンの発見は、現代の素粒子物理学の時代の幕開けとなりました。1940 年代から 1960 年代にかけて、何百ものハドロンが発見され、強く相互作用する粒子としてのハドロンに関する極めて複雑な理論が開発されました。最も注目すべきものは次のとおりです。

• パイオンは真空凝縮体の振動であると理解されていました。
• 桜井淳は、ローベクトルボソンとオメガベクトルボソンがアイソスピンおよびハイパーチャージのおおよその対称性に対する力を運ぶ粒子であると提案した。
• ジェフリー・チュー、エドワード・K・バーデット、スティーブン・フラウチは、より重いハドロンを弦の振動励起と回転励起として理解できるファミリーに分類しました。

これらのアプローチはそれぞれ洞察を提供しましたが、基本的な理論に直接つながるアプローチはありませんでした。

1961年、マレー・ゲルマン博士はジョージ・ツヴァイク博士とともに初めて分数電荷クォークを提案した。1960年代を通じて、さまざまな研究者が現代の量子色力学 (QCD)の基礎理論に似た理論を、クォークの相互作用の単純なモデルとして検討した。QCD のグルーオンを最初に仮説したのが、クォークの色電荷を導入したハン・ムーヨン博士と南部陽一郎博士である。ハン博士と南部博士は、それが力を運ぶ場と関連しているのではないかと仮説を立てた。しかし当時は、そのようなモデルでクォークを永久に閉じ込めることができるかどうかはわかりにくかった。ハン博士と南部博士はまた、各クォークの色に整数の電荷を割り当てた。そのため、クォークは平均してのみ分数電荷を持ち、モデル内のクォークが永久に閉じ込められるとは考えていなかった。

1971年、マレー・ゲルマンおよびハラルド・フリッチュは、ハン/ナンブのカラーゲージ場が分数電荷クォークの短距離相互作用の正しい理論であると提唱した。その少し後に、デイビッド・グロス、フランク・ウィルチェック、およびデイビッド・ポリツァーは、この理論が漸近的自由という特性を持ち、実験的証拠と接触できることを発見した。彼らは、QCDがすべての距離スケールで正しい、強い相互作用の完全な理論であると結論付けた。漸近的自由の発見により、クォークが永久に閉じ込められていれば、強い相互作用の長距離特性でさえ実験と一致する可能性があることが明らかになったため、ほとんどの物理学者がQCDを受け入れることになった。つまり、強い力は距離とともに無限に増加し、クォークをハドロン内に閉じ込めるのである。

クォークが閉じ込められていると仮定して、ミハイル・シフマン、アルカディ・ヴァインシュタイン、バレンタイン・ザカロフは、真空を記述するためのいくつかの追加パラメータのみを使用して、多くの低エネルギーハドロンの特性をQCDから直接計算することができました。1980年に、ケネス・G・ウィルソンはQCDの第一原理に基づくコンピューター計算を発表し、QCDがクォークを閉じ込めることを確実性に等しい信頼度で確立しました。それ以来、QCDは強い相互作用の確立された理論となっています。

QCD は、分数電荷を持つクォークが、グルーオンと呼ばれる 8 つのボソン粒子によって相互作用するという理論です。グルーオンは、クォークだけでなく、互いにも相互作用し、遠距離では、力線が弦に集まり、線形ポテンシャル、つまり一定の引力によって大まかにモデル化されます。このように、QCD の数学的理論は、クォークが短距離でどのように相互作用するかを説明するだけでなく、チューとフラウチによって発見された、クォークが長距離で示す弦のような動作も説明します。

慣例的に、ヒッグス相互作用は4つの基本的な力の中に数えられていない。^{[19] [20]}

それにもかかわらず、ゲージ相互作用ではなく、微分同相対称性によって生成されたものでもないが、ヒッグス場の3次湯川結合は弱い引力の第5の相互作用を生成する。ヒッグス機構による自発的な対称性の破れの後、湯川項は次の形式のままである。

${\displaystyle {\frac {\lambda _{i}}{\sqrt {2}}}{\bar {\psi }}\phi '\psi ={\frac {m_{i}}{\nu }}{\bar {\psi }}\phi '\psi }$、

湯川結合、粒子質量（eV）、ヒッグス真空期待値${\displaystyle \lambda _{i}}$${\displaystyle m_{i}}$ 246.22 GeV。したがって、結合した粒子は仮想ヒッグス粒子を交換することができ、次のような形の 古典的ポテンシャルが生じる。

${\displaystyle V(r)=-{\frac {m_{i}m_{j}}{m_{\rm {H}}^{2}}}{\frac {1}{4\pi r}}e^{-m_{\rm {H}}\,c\,r/\hbar }}$、

ヒッグス質量を持つ125.18 GeV。ヒッグス粒子の換算コンプトン波長は非常に小さいため（1.576 × 10 ⁻¹⁸  m （WボソンやZボソンに匹敵）の場合、このポテンシャルの有効範囲は数アトメートルです。2つの電子の間では、弱い相互作用よりも約10 ¹¹倍弱い状態から始まり、距離がゼロでなくなると指数関数的に弱くなります。

基本的な力は、非常に高いエネルギーとプランクスケールのような極小スケールでは、単一の力に統一される可能性がある。^[21] 粒子加速器では、この領域を実験的に調べるために必要な膨大なエネルギーを生成することはできない。弱い力と電磁力は、シェルドン・グラショー、アブドゥス・サラム、スティーブン・ワインバーグの電弱理論によってすでに統一されており、3人は1979年のノーベル物理学賞を受賞した。^{[22] [23] [24]} 既存の4つの基本的な相互作用を電弱統一モデルに基づいて体系化するための理論的努力が数多くなされてきた。

大統一理論(GUT) は、標準モデルで説明される 3 つの基本的な相互作用がすべて、非常に高いエネルギー レベル以下では対称性が崩れ、別の相互作用が生じる単一の相互作用の異なる現れであることを示す提案です。また、GUT は、標準モデルでは無関係とみなされる自然定数間の関係の一部を予測し、電磁力、弱い力、強い力の相対的な強さのゲージ結合の統一を予測すると期待されています。

GUT を量子重力理論と統合する、いわゆる万物の理論は、弦理論、ループ量子重力理論、ツイスター理論などの量子重力理論が広く受け入れられていないため、より大きな障壁に直面しています。一部の理論は、力を運ぶ粒子の標準モデルのリストを完成させるために重力子を探しますが、ループ量子重力理論などの他の理論は、時空間自体が量子的な側面を持つ可能性を強調しています。

標準モデルを超える理論の中には、仮説上の第 5 の力が含まれているものもあり、そのような力の探索は実験物理学の研究として現在も行われている。超対称性理論では、一部の粒子は超対称性を破る効果によってのみ質量を獲得し、モジュライと呼ばれるこれらの粒子が新しい力を媒介することができる。新しい力を探すもう 1 つの理由は、宇宙の膨張が加速している (ダーク エネルギーとも呼ばれる ) という発見であり、これにより、ゼロではない宇宙定数を説明する必要性が生じ、一般相対性理論の他の修正も必要になる可能性がある。第 5 の力は、 CP対称性の破れ、暗黒物質、暗黒流などの現象を説明するためにも示唆されている。

• クインテッセンス、仮説上の第五の力
• ジェラルドゥス・トホーフト
• エドワード・ウィッテン
• ハワード・ジョージ

• デイヴィス、ポール（1986）『自然の力』ケンブリッジ大学出版局第2版
• ファインマン、リチャード（1967）『物理法則の性質』MIT出版、ISBN 978-0-262-56003-0
• シュム、ブルース A. (2004)、Deep Down Things、ジョンズ・ホプキンス大学出版局すべてのやり取りが議論されますが、特に弱者については徹底的に議論されます。
• ウェインバーグ、スティーブン（1993）「最初の3分間：宇宙の起源に関する現代的見解」、ベーシックブックス、ISBN 978-0-465-02437-7
• ウェインバーグ、スティーブン（1994）、最終理論の夢、ベーシックブックス、ISBN 978-0-679-74408-5
• Padmanabhan, T. (1998)、「最初の3分後：私たちの宇宙の物語」、ケンブリッジ大学出版局、ISBN 978-0-521-62972-0
• パーキンス、ドナルド H. (2000)、高エネルギー物理学入門 (第 4 版)、ケンブリッジ大学出版局、ISBN 978-0-521-62196-0
• Riazuddin (2009年12月29日). 「非標準相互作用」(PDF) . NCP 5th Particle Physics Sypnoisis . 1 (1): 1– 25. 2016年3月3日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年3月19日閲覧。