中間子のソースを表示

{{出典の明記|date=2022年10月27日 (木) 02:19 (UTC)}}
'''中間子'''（ちゅうかんし、{{lang-en-short|meson}}）とは、[[クォーク]]と[[反クォーク]]が、[[強い相互作用]]を媒介する[[グルーオン]]のはたらきによって結合した[[複合粒子]]の一種である。別称に'''メゾン'''または'''メソン'''、旧称として'''メソトロン'''、'''メゾトロン'''または'''湯川粒子'''がある。1935年頃に[[湯川秀樹]]によって、[[原子核]]を構成する[[中性子]]と[[陽子]]を結びつける「[[核力]]」を媒介する粒子として提唱された。

1970年代に[[クォークモデル]]が確立して以来、中間子は[[素粒子]]では無く複合粒子とされている。核力についても[[基本相互作用]]ではなく、クォーク間にはたらく[[強い相互作用]]に由来する力として理解されている。

== 概要 ==
中間子は、[[色荷]]を持った[[クォーク]]と、[[反色荷]]を持った[[反クォーク]]から構成された粒子であり、[[バリオン数]]が0である。安定したものはなく、最も[[寿命]]の長いものでも[[ナノ]]秒単位で[[弱い相互作用]]により崩壊する。最も軽い中間子（[[パイ中間子]]）は、およそ140[[メガ|M]][[電子ボルト|eV]]（約2.5{{E|-28}} [[キログラム|kg]]、[[電子]]の約270倍）の質量を持っている。
<!--未訳
Often a given quark-antiquark pair does not occur on its own, but instead is mixed with others so that the quarks have a superposition of flavors (as always, flavors more similar in mass mix more).  
-->
もっとも質量の小さいメソンは[[擬スカラー]]粒子([[スピン角運動量|スピン]] 0)である。ここでクォークと反クォークは反対向きのスピンを持つ。
[[ベクター粒子]](スピン 1)のメソンの場合はクォークと反クォークは同じ方向のスピンを持っている。
<!--未訳
Both come in higher energy versions where the spin is augmented by orbital [[angular momentum]].
-->
中間子の[[質量]]の大部分は、構成するクォークの質量ではなく、その束縛エネルギーから生じている。中間子は安定ではない（陽子のような長い寿命を持たない）。

中間子はもともと[[陽子]]と[[中性子]]を原子核中で束ねている力を伝達していると予想されていた。[[ミュー粒子]]が最初に発見されたとき、質量が近いことから中間子と考えられ、「ミュー中間子」と名付けられた。しかし、[[核子]]を強く引き付ける力がないことから、実は[[レプトン (素粒子)|レプトン]]であったと判明した。後に、本当に力を伝達する[[パイ中間子]]（ミュー粒子に崩壊する）が発見された。

[[2003年]][[11月14日]]、[[高エネルギー加速器研究機構]]の加速器「[[KEKB]]」にてクォーク4個からできた新中間子「[[X(3872)]]」が発見された。この粒子はその質量などから <math>\mathrm{D}</math>中間子 <math>\mathrm{D^0}</math>と<math>\mathrm{\bar{D^0}}</math>の組み合わせでできていると見られている。しかしながら、これはクォーク2個と反クォーク2個からなる一つのハドロンではなく、二つのメソンからなる分子状態と考えられている。同機構は[[2007年]][[11月9日]]にも、クォーク4個からできた新中間子「Z(4430)」を発見したと発表している。

中間子は、[[湯川秀樹]]によって理論的に予言され、これが彼の[[ノーベル物理学賞]]の受賞理由となった。

== 中間子の一覧 ==
{{Main|中間子の一覧}}

一部の中間子についての一覧を以下に示す。

{|class="wikitable" style="text-align:center;"
!rowspan="2"|名称||rowspan="2"|記号||rowspan="2"|反粒子||rowspan="2"|構成||rowspan="2"|[[静止質量]]<br />(M[[電子ボルト|eV]])||colspan="3"|量子数||rowspan="2"|[[平均寿命]]<br />([[秒]])
|-
![[ストレンジネス|S]]||[[チャーム (量子数)|C]]||[[ボトムネス|B]]
|-
|rowspan="2"|[[パイ中間子|π中間子]]
|<chem>\pi^{+}</chem>
|<chem>\pi^{-}</chem>
|<math>\mathrm{u \bar{d}}</math>
|139.57018±0.00035
|0
|0
|0
|(2.6033±0.0005)×10{{sup|-8}}
|-
|<chem>\pi^0</chem>
|自分自身
|<math>\mathrm{\frac{u\bar{u} - d \bar{d}}{\sqrt{2}}}</math>
|134.9766±0.0006
|0
|0
|0
|(8.4±0.6)×10{{sup|-17}}
|-
|rowspan="3"|[[K中間子]]
|<chem>K^{+}</chem>
|<chem>K^{-}</chem>
|<math>\mathrm{u\bar{s}}</math>
|493.677±0.016
| +1
|0
|0
|(1.2384±0.0024)×10{{sup|-8}}
|-
|<chem>K^{0}_{S}</chem>
|<chem>K^{0}_{S}</chem>
|<math>\mathrm{\frac{ (1 + \epsilon) d\bar{s} + (1 - \epsilon) \bar{d}s}{\sqrt{2(1+|\epsilon|^2)}}}</math>
|497.648±0.022
|<math>\mathrm{K^0}</math>からの寄与が <math>(1+\epsilon)\times</math>50%と<br /> <math>\mathrm{\bar{K}^0}</math>からの寄与が<math>(1-\epsilon)\times</math>50%の<br />混合状態
|0
|0
|(0.8953±0.0006)×10{{sup|-10}}（CPTの保存を仮定した場合）<br />(0.8958±0.0006)×10{{sup|-10}}（CPTの保存を仮定しない場合）
|-
|<math>\mathrm{K_L^0}</math>
|<math>\mathrm{K_L^0}</math>
|<math>\mathrm{\frac{ (1 + \epsilon) d\bar{s} - (1 - \epsilon) s\bar{d}}{\sqrt{2(1+|\epsilon|^2)}}}</math>
|497.648±0.022
|<math>\mathrm{K^0}</math>からの寄与が <math>(1+\epsilon)\times</math>50%と<br /> <math>\mathrm{\bar{K}^0}</math>からの寄与が<math>(1-\epsilon)\times</math>50%の<br />混合状態
|0
|0
|(5.18±0.04)×10{{sup|-8}}
|-
|[[イータ中間子|η中間子]]
|<chem>\eta^{0}</chem>
|自分自身
|<math>\mathrm{\frac{u\bar{u} + d\bar{d} - 2s\bar{s}}{\sqrt{6}}}</math>
|547.75±0.12
|0
|0
|0
|(5.10+0.29-0.26)×10{{sup|-19}}
|-
|rowspan="2"|[[ロー中間子|ρ中間子]]
|<chem>\rho^{+}</chem>
|<chem>\rho^{-}</chem>
|<math>\mathrm{u\bar{d}}</math>
|rowspan="2"|775.8±0.5
|rowspan="2"|0
|rowspan="2"|0
|rowspan="2"|0
|rowspan="2"|(4.38±0.05)×10{{sup|-24}}
|-
|<chem>\rho^{0}</chem>
|自分自身
|<math>\mathrm{\frac{u\bar{u} - d \bar{d}}{\sqrt{2}}}</math>
|-
|[[ファイ中間子|φ中間子]]
|<chem>\phi</chem>
|自分自身
|<math>\mathrm{s\bar{s}}</math>
|1019.456±0.020
|0
|0
|0
|(1.55±0.02)×10{{sup|-22}}
|-
|rowspan="3"|[[D中間子]]
|<chem>D^{+}</chem>
|<chem>D^{-}</chem>
|<math>\mathrm{c\bar{d}}</math>
|1869.4±0.5
|0
| +1
|0
|(1040±7)×10{{sup|-15}}
|-
|<chem>D^{0}</chem>
|<math>\mathrm{\bar{D^0}}</math>
|<math>\mathrm{c\bar{u}}</math>
|1864.6±0.5
|0
| +1
|0
|(410.3±1.5)×10{{sup|-15}}
|-
|<math>\mathrm{D_S^+}</math>
|<math>\mathrm{D_S^-}</math>
|<math>\mathrm{c\bar{s}}</math>
|1968.3±0.5
| +1
| +1
|0
|(490±9)×10{{sup|-15}}
|-
|[[ジェイプサイ中間子|J/ψ中間子]]
|<chem>J/\Psi</chem>
|自分自身
|<math>\mathrm{c\bar{c}}</math>
|3096.916±0.011
|0
|0
|0
|(7.23+0.26-0.25)×10{{sup|-21}}
|-
|rowspan="2"|[[B中間子]]
|<chem>B^{+}</chem>
|<chem>B^{-}</chem>
|<math>\mathrm{u\bar{b}}</math>
|5279.0±0.5
|0
|0
| +1
|(1.671±0.018)×10{{sup|-12}}
|-
|<chem>B^{0}</chem>
|<math>\mathrm{\bar{B^0}}</math>
|<math>\mathrm{d\bar{b}}</math>
|5279.4±0.5
|0
|0
| +1
|(1.536±0.014)×10{{sup|-12}}
|-
|[[ウプシロン中間子|Υ中間子]]
|<chem>\Upsilon</chem>
|自分自身
|<math>\mathrm{b\bar{b}}</math>
|9460.30±0.26
|0
|0
|0
|(1.24+0.04-0.03)×10{{sup|-20}}
|}
* 表中の各記号の意
** ハドロンを構成するクォークについて
*** u: アップクォーク
*** d: ダウンクォーク
*** s: ストレンジクォーク
*** c: チャームクォーク
*** b: ボトムクォーク
*** t: トップクォーク
*** アッパーバーは[[反粒子]]を表す。
** K中間子の行にある<math>\epsilon</math>は、CPの破れを表すパラメター。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{Reflist}}

== 参考文献 ==
* Review of Particle Physics, S.Eidelman, ''et al.'', Phys. Lett. '''B''' '''592''', 1 (2004).
* 素粒子物理学の基礎II, 長島順清, 朝倉書店

{{粒子の一覧}}
{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:ちゆうかんし}}
[[Category:亜原子粒子]]
[[Category:中間子|*]]
[[Category:湯川秀樹]]