質問: 1967年にアメリカの物理学者ジェラルド・ファインバーグが名付けた、超光速で動くと仮定されている粒子を何という?
回答: タキオン

タイトル: ポメロン
ポメロンは、仮想粒子の一種であり、レッジェ理論において導入される真空の量子数を持った粒子である。これは、ハドロン同士の衝突の際の断面積の増大の仕方が高エネルギー時では緩やかになることを説明するために導入されたものである。ポメロンの全運動量の80%はグルーオンが占めることが分かっている。ドイツ電子シンクロトロン研究所の加速器を用いた実験により、ポメロン前方のグルーオンを可視化することに成功した。

タイトル: 重力子
超対称性がある場合、重力子に対応する超対称性パートナーとしての超対称性粒子は、スピン3/2のフェルミ粒子であるグラヴィティーノ(英: gravitino、重力微子)とされるが、こちらも2022年までのところ未発見である。

タイトル: 仮想粒子
仮想粒子(かそうりゅうし、virtual particle)とは、粒子(素粒子)間の反応の際の中間過程において現れ(=生成し消滅し)、その実在を考慮しなくてはならない(= virtual)粒子を指す。 場の量子論に従い反応に関する量を計算する際には、この実在を考慮することによって、初めて正しい答えが得られる。

タイトル: ヒッグス粒子
まずはじめにベンジャミン・W・リーらによって「ヒッグス粒子」と命名された。その後、レオン・レーダーマンらの著書"The God Particle"(邦訳題『神がつくった究極の素粒子(英語版)』)の書名が元となって「God particle(神の粒子)」という呼称でマスメディアに紹介されるようになった。ただし、この本の中では、レーダーマン自身はこの粒子を 「goddamn particle(いまいましい粒子)」という呼称で紹介しようとしていたが、編集者の意向で却下された、と説明されている。「神の粒子」という呼称は、素粒子物理学やLHCについてジャーナリストらに興味もたせるのには役に立ったようである。だが、物理学者の多くはこの呼称を好ましいものと思っていない。

タイトル: リチャード・P・ファインマン
経路積分や、素粒子の反応を図示化したファインマン・ダイアグラムの発案でも知られる。1965年、量子電磁力学の発展に大きく寄与したことにより、ジュリアン・S・シュウィンガーや朝永振一郎とともにノーベル物理学賞を共同受賞した。カリフォルニア工科大学時代の講義内容をもとにした物理学の教科書『ファインマン物理学』は、世界中で高い評価を受けた。また、『ご冗談でしょう、ファインマンさん』などユーモラスな逸話集も好評を博している。生涯を通し、抜群の人気を誇っていた。

タイトル: 超光速通信
マクスウェル方程式からは、時間について対称的な、未来に向かって進む遅延波と過去に向かって進む先進波の2種類の解が導き出されるが、このうち我々が使用できるのは、発信してから時間を置いて受信する遅延波の電磁波のみである。時間をさかのぼって発信より前に受信する先進波は決して観測にかからない。そのため、実用面では先進波の存在は無視される。この非対称について、リチャード・P・ファインマンは、未来から過去へ来る先進波は過去から未来へ向かう遅延波によって相殺され、観測できなくなるという吸収理論を唱えた。仮にこの先進波を利用できるとすれば、過去へ向かって情報を送信することもできる。二つの量子の相関関係が時を置かず即座に他方に伝わるという、アインシュタイン=ポドルスキー=ローゼンのパラドックスを応用した超光速通信。

タイトル: 波動
波動説によっても光の屈折は説明されたが、媒質中の光速の扱いは粒子説と波動説で異なり、粒子説では光速が屈折率に比例し、波動説では屈折率に反比例すると考えられた。ホイヘンスやニュートンの時代には媒質中の光速を測定することができなかったが、1850年にレオン・フーコーが行った実験により水中の光速が空気中より遅くなるという波動説を支持する結果が示された。光学現象に関して、1665年にフランチェスコ・マリア・グリマルディによって光の回折現象が報告された。 1805年頃にトーマス・ヤングによる干渉実験(ヤングの実験)が行われた。光が波であるという主張には、光が縦波であるというものと横波であるというものがある。デカルトやフックは縦波であると主張したが、ラスムス・バルトリンが1669年に発見した(偏光によって生じる)複屈折を説明できなかった。

タイトル: 光速
衝撃波とは、主にある媒質中の音速を超えて運動する物体により発生する強い圧力波であるが、同様に媒質中の光速を超えて運動する荷電粒子によっても強い電磁波が発生し、これをチェレンコフ放射と呼ぶ。絶縁された媒質中を荷電粒子が通過するとき、媒質の原子中の電子は荷電粒子の場によって局所的に乱され偏極が起きる。粒子が通過したあとに媒質中の電子が再び平衡状態に戻るとき電磁波が放射されるが(十分移動度の高い伝導体においては電磁遮蔽により電磁波は発しない)、粒子の速度が十分遅い場合、この電磁波は干渉により弱めあう。しかし場の乱れが光子よりも速いとき、すなわち荷電粒子が媒質中の光速よりも速いとき、光子は干渉により強めあい、観測される放射強度は増幅される。

タイトル: 物理学の歴史
この粒子は「中間子」と呼ばれ、1930年から始まる中性子、陽電子、ミュー粒子等の一連の粒子の発見に続いて1947年に確認された。戦後も、霧箱、原子核乳剤、泡箱、同時計数回路等の様々な装置によって、様々な種類の粒子の発見が続いた。最初、これらの粒子は宇宙線が残すイオン化された痕跡から発見されたが、新しくより強力な加速器が次々に作られるようになった。これらの粒子の散乱や崩壊等の相互作用の観測は、新しい基礎的な量子理論の鍵となった。マレー・ゲルマンとユヴァル・ネーマンは、これらの新しい粒子を特定の量によって分類し、順番を付けた。この研究により、1964年にブルックヘブン国立研究所で発見されたΩ等の新しい粒子が予測され、またハドロンを構成するクォークが考えられた。

タイトル: ポラリトン
物理的に検出可能な光などの電磁波は必ず物質との相互作用を伴うため、ポラリトンの状態になっていない純粋なフォトン(光の粒子)は仮想の存在にすぎず、直接観測することは事実上不可能である。

タイトル: 基本粒子
そこで、「標準模型の"基本的な"粒子のいくつか、あるいはすべては、実はさらに分割できるのではないか」と考える理論もある(プレオンを参照)。また、標準模型には含まれていない他の基本粒子を仮定する理論もある。盛んに研究がなされているものでは、暗黒物質、重力子、超対称性粒子および超弦理論などがある。

タイトル: 超対称性理論
2008年に稼動予定のLHC実験計画は、この超対称粒子の発見を目的のひとつとして推進されている。

タイトル: 重力を説明する古典力学的理論
粒子の速度を光速だと仮定すると吸収による温度の上昇はさらに増すことになる。

タイトル: LOFAR
5}} エレクトロンボルト)の起源を探るというテーマに強みを発揮する。宇宙線粒子の加速については、その場所もメカニズムも不明のままである。加速現場の可能性として、電波銀河が放出するジェットに付随する衝撃波や銀河形成時に作られる衝撃波、極超新星、ガンマ線バースト、初期宇宙の相転移等が挙げられている。LOFARが観測できるのは超高エネルギー宇宙線粒子そのものではなく、粒子が地球大気と衝突して大気シャワーが発生する際に放射される電波パルスである。LOFARは、これまであまり観測されていない低エネルギーのシンクロトロン放射を観測することができる。この放射は弱い磁場の中を運動する(宇宙線の)電子によって発せられる。銀河の中や銀河の間の物質はほとんどすべて磁化されているにもかかわらず、宇宙の磁場の起源と進化についてはほとんどわかっていない。

タイトル: 光の波動説
1888年にヘルツが行なった実験によって電磁波も反射や屈折及び干渉や偏光と言った光と同じ性質を持っていることが判明して、光は電磁波の一種らしいということで、光は波動だとする見方は強まった。しかし、それら電磁波についてのと言った疑問点については、後にアインシュタインが登場するまでは大きな謎として様々な説が議論された。そういった謎の1つとして、いわゆる「エーテルの風」によって予想されるような現象を検討するマイケルソン・モーリーの実験が1887年に行なわれた。この実験で、エーテルの風を有意に示すような結果は得られなかった。1905年にアインシュタインが発表した特殊相対性理論に関する論文『運動物体の電気力学について』に至り、光速はいかなる(相対)運動をしている観測者からも不変である、ということになり、「光速の基準となるエーテル」の存在は考える必要が無いものとなった。

タイトル: パラダイム
おなじころ、ロバート・フック、クリスティアーン・ホイヘンス、オーギュスタン・ジャン・フレネルは、光の回折を波動説で説明した。この論争は、1803年、トマス・ヤングが二重スリットにより光の干渉を発見して、粒子説に打撃を与えた。粒子説に対する最後の一撃は、ジェームズ・クラーク・マクスウェルによる電磁波方程式の発見だった。20世紀に入り、1905年、アルベルト・アインシュタインは、光電効果をマックス・プランクの量子仮説を用いて説明し、粒子説が復活した。1920年代に量子力学が成立すると、ヴェルナー・ハイゼンベルクの不確定性原理により、光は粒子とも波動とも考えられることが判明し、波動説と粒子説の長い対立はどちらの勝利とも付かない形で収束した。

タイトル: 素粒子物理学
大別して素粒子論(素粒子理論)と素粒子実験からなる。また実証主義、還元主義に則って実験的に素粒子を研究する体系を高エネルギー物理学と呼ぶ。粒子加速器を用い、高エネルギー粒子の衝突反応を観測することで、主に研究が進められることから、そう命名された。現在、実験で必要とされる衝突エネルギーはテラ電子ボルトの領域となり、加速器の規模が非常に大きくなってきている。将来的に建設が検討されている国際リニアコライダーも建設費用は一兆円程度になることが予想されている。また、近年においても、伝統的に非加速器による素粒子物理学の実験的研究が模索されている。

タイトル: ヒッグス粒子
ヒッグス粒子(ヒッグスりゅうし、英語: Higgs boson (英語発音)/hɪgz ˈbəʊzɒn/ ヒッグス・ボソン)は素粒子の一種。質量の起源を説明する理論であるヒッグス機構において存在が予想された素粒子であり、2011年以降にヒッグス粒子の存在が観測されたため、ヒッグス機構の正しさが示された。ヒッグス自身はヒッグス粒子を「so-called Higgs boson(いわゆる ヒッグス粒子と呼ばれているもの)」と呼んでおり、他にも様々な呼称がある。

タイトル: 準粒子
準粒子と言う言葉の使用は曖昧であることに注意が必要がある。準粒子の集団的性質から生じる問題は科学哲学でも議論されてきた。とりわけ、準粒子の同一性条件との関係、および、例えば 実体的実在論(または、対象実在論、存在者実在論)の標準によって、それらは"現実"と見なせるのかという議論が焦点である。

タイトル: 電磁気学
実際、真空中の光速は慣性系によらず一定であること(光速度不変の原理)は実験的に立証されている。特殊相対性理論は、この光速度不変の原理と特殊相対性原理を指導原理として、アインシュタインが構築した理論である。

タイトル: 量子光学
量子論によると、光は電磁波としてだけでなく真空の光速cで移動する光子と呼ばれる粒子の「流れ」とも考えられる。この粒子は古典的なビリヤードボールではなく、有限領域で波動関数により記述された量子力学的粒子であるとみなされるべきである。各粒子はhfに等しい1つの量子エネルギーを運ぶ(hはプランク定数、fは光の周波数)。単一光子が有するエネルギーは光子を放出した原子(もしくは他の系)の離散エネルギー準位間の遷移にきっちり対応する(光子の材料吸収が逆の過程である)。また、自然放出のアインシュタインによる説明はレーザーの基本原理である誘導放出の存在を予測した。しかし、実際に発明されたメーザー(やレーザー)は反転分布を生成する方法に依存していた。統計力学の使用は量子光学の概念にとって基礎である。光は光子の生成と消滅のための場の演算子、すなわち量子電磁気学の言葉で記述されている。

タイトル: 超新星残骸
超新星残骸は、銀河内の宇宙線の主な発生源の1つであると考えられている。宇宙線と超新星の関わりは、1934年にウォルター・バーデとフリッツ・ツビッキーが初めて指摘した。1964年、ヴィタリー・ギンツブルクとセルゲイ・シロワツキーは、超新星残骸中の宇宙線の加速の効率性が約10%だとすると、銀河系内における宇宙線の消失が補償されることに気づいた。この仮説は、エンリコ・フェルミのアイデアによる「衝撃波加速」と呼ばれる特殊な機構によって支持された。実際に、エンリコ・フェルミは1949年に、星間物質内の磁場の雲と粒子の衝突による宇宙線の加速についてモデル化した。「二次フェルミ加速」として知られるこの過程では、正面衝突によって粒子のエネルギーは一定に増加する。後者のモデルは、強力な衝撃波面で形成される。衝撃波面を繰り返し横切る粒子は、エネルギーが大幅に増加しうる。

タイトル: ワープ
(この節の記述は超光速航法とも重なる)力学や相対論において、実数や要素が実数であるベクトルで表される質量や速度を負にしたり、複素数にしたりすることによって、数式上は既存の物理理論と整合性を保ったまま、光速を越えることが可能であることが理論的には示される。もっとも「負の質量」や「複素数の速度」を持った物質(エキゾチック物質と総称される。具体的にはタキオンなどのこと)の存在を検証する方法は分かっていない。また単純に、光速を越えることを考えると因果律に反したことが起こるように見える。 アルクビエレ・ドライブは 負の質量によるアインシュタイン方程式の解の例である。

タイトル: スーパーブラディオン
1997年、ICRC1997のAUGERプレスカンファレンスワークショップおよび、メリーランドワークショップ「宇宙空間からの> 10 20 {\displaystyle 10^{20}} eV粒子の巨大な宇宙線空気シャワーの観測」の講演者として招待された。特殊相対性理論の特定の表現であるタキオンと反対に、スーパーブラディオンは明示的かつ根本的にローレンツ不変量を破る。それらは従来の粒子(ブラディオン)と類似しているが、真空中の光速 c' より速い限界速度を持つ。そして、光速cが音速の百万倍速いように、スーパーブラディオンの限界速度は光速よりもかなり速くなることが可能である。これは、標準的なローレンツ対称性は根本的な対称性ではなく低エネルギーの複合効果であることを示唆している。スーパーブラディオンは、ローレンツ型の新しい不変量を持つ物質の新しい分類を形成する。

タイトル: スーパーブラディオン
スーパーブラディオンの仮説は、従来の"素"粒子は非常に小さい距離スケールでは場の理論的な点様の物体ではないであろうことを示唆する。そして、ローレンツ対称性の破れは、運動量の減少に伴いエネルギー依存のパラメータによって支配されることが期待される。そのような場合は、特権的な局所慣性系("真空静止系")の存在を必要とする。それらは、ピエール・オージェ観測所のような超高エネルギー宇宙線実験によって少なくとも部分的に検証することができる。そのような実験は超光速宇宙粒子の存在を直接捉えることが可能である。現象論的な対称性の破れパラメータはエネルギー依存的であることが期待されているように、既存の低いエネルギー限界は高エネルギー現象に適用することができない。

タイトル: 超放射
外部からエネルギーを与えられて励起された原子が基底状態へ戻る時に炎色反応のように外殻から電子が内殻に移り、その時にエネルギー準位に応じた波長の光を放出する。原子同士が離れている時には近傍の原子には影響しないものの、原子が近接している場合には連鎖的に光子が放出される。これは閃光のように見えると考えられ,「超放射」と呼ばれてきた。超放射を起こすためには多くの原子を放射される光の波長よりも短い範囲(100nm)内に多数の原子を集めることが必要とされる。2018年にダイヤモンド窒素-空孔中心を利用して固体量子系での超放射が実現した。

タイトル: 光の波動説
一方で同じアインシュタインによる、「光量子仮説」は、光電効果においてそれまで不思議とされてきたいくつかの現象をうまく説明するものであり、波であるはずとする数多くの実験結果が重ねられてきた光について、粒子説の復活とも言えるような新たな展開をもたらすものであった。最終的に光子(光量子)、更には「量子」という名で呼ばれることになった多くの粒子や波動は、粒子と波動の二重性を持つものである、と言う結論が量子力学によりもたらされた。また、媒体は「場」というものとして、現代の物理学では扱われている。

タイトル: ルクソン
ルクソン (luxon) ないしルクシオン は、質量が0であり真空中で常に光速で運動するすべての素粒子である。これには光子やグルーオン、さらには仮説上の重力子も含まれる。特殊相対論における固有時は運動速度が光速の場合は解を持たないため、ルクソンにとっては時間の流れがない。特殊相対性理論の枠組みにおいて、超光速粒子のタキオンおよび光速より小さい運動速度を持つブラディオンと対比される。これらの粒子と名前の混同を避けるために、ルクシオンと発音されることもある。

タイトル: 同種粒子
フェルミオンの例として、電子、ニュートリノ、クォーク、陽子、中性子、He原子がある。

タイトル: 粒子発見の年表
粒子発見の年表(りゅうしはっけんのねんぴょう)は、1897年のジョセフ・ジョン・トムソンによる電子発見から、現代にいたる標準理論に含まれる素粒子を中心とした粒子の発見の歴史をまとめたものである。したがって、この表には陽電子などの反粒子、現在では複合粒子とされているバリオンや中間子なども含まれている。すべての発端はトムソンの実験にあるが、トムソンの実験の背景には、電気量に最小単位があるらしいというファラデーの電気分解の実験結果があった。1881年にヘルムホルツが唱えた原子論では、電気の「原子」を扱っていた。トムソンが調べていた希薄気体中の放電現象においては、すでにデービーが磁石に影響されることを見出しており、1858年のプラッカーの論文では、さらに磁力の強さと放電の曲がり方の関係を調べている。ヒットルフは、放電が物質によってさえぎられることを示した。