素粒子

4つの相互作用は、きわめてことなるものである。それをひとつの概念的な全体に統一しようとする努力は、1920年以前にアインシュタインによって電磁場と重力場を統一しようとする試みとしてはじめられた。しかし、この試みは成功しなかった。アメリカの物理学者シェルドン・グラショーとスティーブン・ワインバーグ、パキスタンの物理学者アブドゥス・サラムの3人は、電磁相互作用と弱い相互作用を統一するモデルを生みだして79年のノーベル物理学賞を受賞した。

このモデルで骨格をなす理論にはドイツの数学者H.ワイルらの開発したゲージ対称性の考えや、日本生まれのアメリカの理論物理学者の南部陽一郎らによる対称性の自発的破れに関する考察などがある。なお、南部はその功績がみとめられ、2008年にノーベル物理学賞を受賞した。これらの理論においてもくりこみ理論が有用であることがしめされた。

→ 統一場理論

現在の到達点は、すべての相互作用の性質はさまざまな形のゲージ対称性によって支配されているという認識である。歴史をさかのぼると、最初にこの考えをもちいたアインシュタインは座標変換に関して対称な重力理論を探求し、1916年の一般相対性理論として結実した(→ 重力)。今後の素粒子物理学の主要テーマとなるゲージ対称性の概念により、究極的にはすべての相互作用の統一をなしとげて、さらにすべての成分粒子におよぼす相互作用も統一するための試みが、超対称性や超重力、超弦理論といった理論としてすでにあらわれてきている。

最終目標は、統一的な対称性の原理によって物質の基本構造を理解することである(→ 大統一理論)。残念ながら、近い将来にこの目標が達成されることはありそうにない。その努力には理論的にも実験的にも困難がある。理論面では、ゲージ理論の量子化は数学的にひじょうに複雑なものであることがあげられる。実験面では、粒子が小さければ小さいほど構造解明にますます大型の加速器と検出器が必要となる(→ 粒子検出器)ことが重要な問題である。このさき研究には莫大(ばくだい)な人的、財政的な資源が必要となるので、学問の進歩の速度はゆっくりとしたものになるであろう。