レプトンとクォークの決定的な違いは、レプトンが自然界に個々の粒子として存在できるのに対し、クォークは存在できないことである。

20世紀まで、原子は分割できないと考えられていたが、20世紀の物理学者たちは、原子が細かく分解できること、すべての原子は異なる成分で構成されていることを発見した。そのため、陽子、中性子、電子を素粒子と呼んでいます。さらに、素粒子にも内部構造があり、より小さな物体が集まってできていることが研究で明らかになっています。そのため、これらの粒子は素粒子と呼ばれ、レプトンとクォークがその2つの主要なクラスである。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. レプトンとは 3. クォークとは 4. 横並び比較 - レプトンとクォークの表形式 5. まとめ

ライト・ソン（lept***）さんは何ですか？

私たちが電子、ミューオン（μ）、τ（Ƭ）と呼ぶ粒子と、それに対応するニュートリノをレプトン族と呼びます。さらに、電子、ミューオン、τは電荷が-1であり、両者の違いは質量のみである。つまり、ミューオンは電子の3倍の質量を持ち、τは電子の3500倍の質量を持つ。また、それらに対応するニュートリノは中性で、比較的小さな質量を持っています。下の表は、各パーティクルの概要と入手先です。

また、これらの重い粒子の安定性は、その質量に直接関係している。その結果、質量の大きな粒子の半減期は、質量の小さな粒子の半減期より短くなる。電子は最も軽い粒子です。そのため、宇宙には電子がたくさん存在し、他の粒子はほとんど存在しません。ミューオンとτ粒子を生成するためには、高いエネルギーが必要です。現在では、非常に高いエネルギー密度の時にしか見ることができません。さらに、これらの粒子は粒子加速器で作ることができます。さらに、レプトンは電磁相互作用や弱い核相互作用によって互いに影響し合っている。レプトンの各粒子には、反レプトンと呼ばれる反粒子が存在します。さらに、これらの反レプトンは似たような質量を持ち、反対の電荷を持っている。例えば、電子の反粒子として陽電子があります。

クォークは何ですか？

クォークは、素粒子のもう一つの主要なクラスである。クォーク族の粒子の性質をまとめると、次のようになる。(各粒子の質量は名前そのものより小さい。ただし、この数字の正確さについては、依然として大きな議論がある）。

クォークは強い核反応によって相互作用し、クォークの組み合わせが形成される。これらの組み合わせはハドロンと呼ばれる。実は、孤立したクォークは、現在のところ私たちの宇宙には存在しないのです。さらに、この宇宙に存在するすべてのクォークは、何らかの形をしたハドロンであると考えるのが妥当である。(最も一般的で知られているハドロンの種類は、陽子と中性子である）。

図01：素粒子の標準モデル

また、クォークにはバリオン数という内部特性がある。すべてのクォークのバリオン数は1/3、反クォークのバリオン数は-1/3で、さらにこのバリオン数という性質は、素粒子が関与する反応において保存されるのである。

さらに、クォークにはフレーバーと呼ばれる別の性質がある。粒子のフレーバーを示す数字を指定することをフレーバー番号という。これらのフレーバーは、アップ（U）、ライト（D）、オッド（S）などと呼ばれる。アッパークォークは上昇値が+1、奇数で下降値が0である。

レプトン(lept***)とクォークの違い

電子、ミューオン（μ）、τ（Ƭ）とそれに対応するニュートリノはレプトン族と呼ばれ、クォークは素粒子で、物質の基本構成要素である。レプトンとクォークを比較した場合、レプトンは自然界に個々の粒子として存在できるのに対し、クォークは存在できないことが大きな違いである。

また、レプトンは整数の電荷を持ち、クォークは分数の電荷を持っている。さらに、レプトンとクォークの間には、受ける力を考えるとさらなる違いがある。つまり、レプトンには弱い力、重力、電磁力が、クォークには強い力、弱い力、重力、電磁力が作用する。

概要 - レプトン(lept***) vs. クォーク

つまり、クォークとレプトンは2種類の素粒子なのです。それらをまとめてフェルミオンと呼びます。まず、レプトンとクォークの決定的な違いは、レプトンが自然界に個々の粒子として存在できるのに対し、クォークは存在できないことです。

引用

1 「リーンプロテイン」、ウィキペディア、ウィキメディア財団、2019年3月30日、こちらから入手可能。