August 26, 2005

SuperString M-theory

ひも理論 super-string

21世紀、物理学の最大の課題

 ①4つの力をいっぺんに扱える理論を作る。
 ②相対性理論と量子力学の理論を統一する。 quantum gravity

2つをいっぺんに解決する理論が、 SuperString、M-theory である。

4つの力
宇宙には基本的な力は、つぎの4つしかない。

 ①核力(強い力)  Nuclear(strong)interactions gluon 1 原子核を結びつける
 ②電磁気力 Electromagnetic interactions photon 10-2
 ③弱い力 Weak interactions boson 10-13 ベータ崩壊でレプトンができる場合
 ④重力 Gravitational interactions graviton? 10-38

string
1980年代前半、 Michael Green と John Schwarz が考え出した。陽子や中性子などの hadron の質量とスピンの関係を説明するのに使われた。

Supersymmetry 超対称性
力を運ぶ粒子の boson と、物質を作る粒子 fermion が、対になっているはずである。大統一理論が前提とする。フェルミオンとボソンの入れ替えを許す。スピンの値が 1/2 だけ異なる粒子があるとする。軽いヒッグス粒子を予言する。

superstring
supersymmetry を考慮した理論。

 ①素粒子は、点のようなものではなく、1次元のひものようなものである。
 ②宇宙全体は4次元ではなく、10次元であるとする。6次元は観測できないほど
  小さくまとまる( compactification )ので、普通は4次元にしか見えない。
 ③いろいろな振動の違いが、それぞれの粒子の違いを生み出す。
 ④重力を運ぶ素粒子の graviton を予測する。質量0、スピン2である。

粒子同士が衝突する時、距離0で起こる。string理論では、ある程度の距離をもって反応しあう。string の大きさは Plank length すなわち 10-33 cm 程度である。

M-theory

boson と fermion を考えた superstring 理論は5つある。それらを統一する理論が見つかった。それが、 M-theory(Mothre of all theories)である。

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