真空に埋まっている「何か」の正体がわかれば…宇宙の起源に結びつく「素粒子に残されたナゾ」
「弱い力」が働くのはどっち？
こうして定義した素粒子の右巻きと左巻き。弱い力は、これらのうち左巻きの粒子だけに働くことがわかっています。驚いたことに、弱い力は、右と左を完全に区別しているのです。 ここで、ある重大な問題が残ります。素粒子が走る方向を基準に右巻きと左巻きを定義できると述べましたが、では静止した素粒子ではどうなるのでしょうか。もはや右と左は区別ができないではないか。そのとき、弱い力は働くのでしょうか、働かないのでしょうか。 ここに質量が関わってきます。そもそも素粒子が静止できるということ自体が、質量の存在を意味しています。質量と静止エネルギーは比例しているので、質量ゼロの粒子の静止エネルギーはゼロ。その存在すらなかったことになってしまいます。 実際には、質量ゼロの粒子は静止することはなく、必ず光速で飛びます。特殊相対性理論には、どんなに速く走る観測者が見ても光速は光速のままで一定値になるという原則があります。光速で飛ぶ粒子(光、つまり光子もそうです)は、誰が見てもやはり光速で飛ぶのです。そこでは右巻きと左巻きを、あいまいさなく区別することができます。弱い力は、このうちの左巻きだけに働くということです。
すべての素粒子はもともと質量ゼロ
右巻きの素粒子と左巻きの素粒子は、弱い力を考えると、まったくの別物だということがわかりました。これらをあいまいさなく区別できるということは、そもそもこれらの素粒子は質量ゼロだったからということです。 現在の宇宙では、ほとんどの素粒子は質量をもっていますが、これは何らかの理由で右巻きと左巻きの粒子が常にかつ瞬時に入れ替わり続けているためなのです。弱い力が働くのは、そのうちの左巻きになった瞬間にだけ。なんとも不思議な感じがしますが、こう考えるより他にないのです。 質量の起源が問題にされる理由が、ここにあります。もともと質量ゼロだった素粒子に、いったい何が起こって質量をもつに至ったのでしょうか。 ここまでの中に、すでにヒントがあります。クォークと反クォークが真空に埋まる、という話です。 真空を走るクォークが真空に埋まった反クォークと対消滅し、その瞬間にもう1個のクォークをたたき出す。それが質量の源だという話でした。この真空中の玉突き衝突ですが、もう少し正確に言うと、クォークが真空で玉突きを起こすたびに、その右巻きと左巻きが入れ替わるようになっているのです。右巻きと左巻きの入れ替わりと質量の生成は、こうして密接に対応しているのです。 電子は強い力を感じないので、真空中に埋まったクォーク・反クォーク対は電子の質量には無関係です。しかし、真空中に他の何かが埋まっていて、電子の右巻きと左巻きを入れ替えてくれれば、本来は質量ゼロだった電子に質量をもたせることができるでしょう。真空にはクォーク・反クォーク対の他にも何かが埋まっているのか。それは何でしょう？
