III.

分類

粒子はさまざまな性質によって区別され、現在では数百種の素粒子が知られている。大きくは4種類のグループに分類され、ゲージ粒子(力を伝達する粒子)、レプトン、クォーク、ハドロンである(付表の代表的な分類リスト「素粒子表」参照)。ただし、ハドロンはじつはクォーク複数個が結合してできた複合粒子であり、厳密な意味では「素」粒子ではない。

原子核を構成している基本的な成分は陽子と中性子であり、原子核の周りを電子がまわって原子となる。光子は電波、可視光線、X線などの電磁波の基本単位をなす粒子である。中性子は孤立した粒子としては不安定であり、平均917秒の寿命で崩壊する。しかし、陽子と結合して酸素16とか鉄56といった原子核を形成すると、安定する。

電子、光子、陽子、中性子以外の素粒子は、1945年以後に宇宙線の分析や高エネルギー加速器をつかった実験によって発見された(→ 加速器)。重力を伝達するグラビトン(重力子)などのように、存在が予言されてはいるがまだ発見されていないものもある。

1928年、イギリスの物理学者ポール・ディラックは、すべての素粒子には反粒子とよばれる別のタイプの粒子があることを理論的に予言した。32年、アメリカの物理学者カール・アンダーソンは電子の反粒子を発見し、陽電子(ポジトロン)と名づけた。反陽子は、55年アメリカの物理学者オーエン・チェンバレンとエミリオ・セグレによって発見された。光子のような素粒子は、自分自身が反粒子でもある。物理学者はふつう、反粒子には粒子の記号の上にバーをつけて表記する。

粒子は、スピンつまり角運動量によってボソン(ボース粒子)とフェルミオン(フェルミ粒子)に分類される。ボソンは、プランク定数hを2pで割ったものの整数倍のスピンをもっており、フェルミオンは、同じ定数の半整数倍のスピンをもっている。