素粒子

素粒子は、「素粒子」（複数の他の粒子から構成されていない粒子）と「複合粒子」（複数の素粒子が結合してできた粒子）の2種類に分類される。

標準模型の素粒子は次のとおりです。^{[ 7 ]}

• クォークには、アップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、ボトム、トップの6つの「フレーバー」がある。
• レプトンの6種類：電子、電子ニュートリノ、ミューオン、ミューオンニュートリノ、タウ、タウニュートリノ。
• 12個のゲージボソン（力の伝達粒子）：電磁気の光子、弱い力の3つのWボソンとZボソン、強い力の8つのグルーオン。
• ヒッグス粒子。

これらはすべて実験によって発見されており、最近ではトップクォーク（1995年）、タウニュートリノ（2000年）、ヒッグス粒子（2012年）が発見されている。

標準模型の様々な拡張理論は、素粒子である重力子やその他の多くの素粒子の存在を予測しているが、2026年現在、それらはまだ発見されていない。

量子力学の法則に従う三次元空間内のあらゆる粒子と同様に、あらゆる素粒子は、ボソン（整数スピンを持つ）またはフェルミオン（奇数半整数スピンを持つ）のいずれかである。

標準模型では、すべての素粒子フェルミオンはスピン1/2を持ち、色電荷を持ち強い相互作用を受けるクォークと、色電荷を持たないレプトンに分けられます。素粒子ボソンは、スピン1のゲージボソン（光子、Wボソン、Zボソン、グルーオン）から構成され、ヒッグス粒子はスピン0の唯一の素粒子です。

理論上、重力子はスピン2を持つ必要があるとされているが、標準模型には含まれていない。超対称性などの拡張理論では、スピン3/2を持つ素粒子が追加で予測されているが、2023年現在、そのような素粒子は発見されていない。

複合粒子のスピンに関する法則により、バリオン（3つのクォーク）はスピンが1/2または3/2であるためフェルミオンであり、メソン（2つのクォーク）はスピンが0または1の整数であるためボソンである。

特殊相対性理論では、静止している粒子のエネルギーは、その質量に光速の2乗を掛けたものに等しく^、 E = mc²です。つまり、質量はエネルギーで表すことができ、その逆も可能です。粒子が静止している基準系を持つ場合、その粒子は正の静止質量を持ち、質量を持つ粒子と呼ばれます。

すべての複合粒子は質量を持つ。バリオン（「重い」という意味）はメソン（「中間」という意味）よりも質量が大きい傾向があり、メソンはレプトン（「軽い」という意味）よりも質量が大きい傾向があるが、最も重いレプトン（タウ粒子）は、最も軽い2種類のバリオン（核子）よりも重い。また、電荷を持つ粒子はすべて質量を持つことも確実である。

1950年代に最初に定義されたとき、バリオン、メソン、レプトンという用語は質量を指していました。しかし、1970年代にクォークモデルが受け入れられると、バリオンは3つのクォークの複合体であり、メソンは1つのクォークと1つの反クォークの複合体であり、レプトンは素粒子であり、色電荷を持たない素粒子フェルミオンとして定義されることが認識されました。

質量を持たない粒子（不変質量がゼロの粒子）はすべて素粒子である。これには光子とグルーオンが含まれるが、グルーオンは単独では分離できない。

ほとんどの素粒子は安定ではありません。レプトンとバリオンはすべて、強い力または弱い力のいずれかによって崩壊します（陽子を除く）。陽子は崩壊しないことが知られていますが、いくつかの非常に重要な大統一理論（GUT）では実際に安定していることが要求されているため、「真に」安定しているかどうかは不明です。μ ミューオンと τ ミューオン、およびそれらの反粒子は、弱い力によって崩壊します。ニュートリノ（および反ニュートリノ）は崩壊しませんが、関連するニュートリノ振動現象は真空中でも存在すると考えられています。電子とその反粒子である陽電子は、電荷保存則により理論的に安定していますが、電荷の大きさがe以下のより軽い粒子が存在する可能性は低いです（その可能性は低い）。その電荷はまだ示されていません。 

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