質問: クォークと反クォークからなり、湯川秀樹が理論的に存在を予言し、ノーベル物理学賞受賞にいたった粒子は何?
回答: 中間子

タイトル: 磁性
現代の素粒子論では、電荷の量子化は非可換ゲージ対称性の自発的破れによって実現されるとされている。現在のある種の大統一理論で予言されているモノポールはディラックによって考えられた元々のモノポールとは異なることに注意する必要がある。今日考えられているモノポールはかつての素粒子としてのモノポールとは異なり、ソリトン、すなわち局所的に集まったエネルギーの「束」である。こういったモノポールが仮にも存在するとすれば、宇宙論の観測結果と矛盾することになる。宇宙論の分野でこのモノポール問題を解決する理論として考えられたのが、現在有力とされているインフレーションのアイデアである。

タイトル: 相対論的量子力学
相対論的量子力学によれば、粒子に対応して必ず反粒子が存在する。ただし光子のような中性の粒子では、粒子と反粒子がたまたま同じものもある。反粒子は粒子と同じ質量と同じスピンを持ち、電荷は逆符号となる。もし粒子が他の何個かの粒子に崩壊するような不安定粒子の場合は、反粒子もまた不安定粒子であって、両者の平均寿命は相等しいことが導かれる。

タイトル: ドナルド・グレーザー
泡箱の発明の功績から、1960年度のノーベル物理学賞を受賞した。この発明により、素粒子物理学分野における多くの重要な発見への道が開かれた。中性子カレントの発見が泡箱による業績の代表例として挙げられる。

タイトル: カール・デイヴィッド・アンダーソン
ロバート・ミリカンの指導のもとで宇宙線の研究を始めた。その過程で、撮影した霧箱の写真に予想外の粒子の痕跡が写っているのを発見し、電子と同じ質量で逆の電荷を持つ粒子が作り出したものだと解釈した。この発見は1932年に発表され、他の研究者によっても確認されたことで、陽電子の存在を予測したポール・ディラックの理論を裏付けるものとなった。アンダーソンはまず宇宙線の中から陽電子を検出したが、その後、自然放射性核種ThC'' (Tl)から発生するガンマ線を他の物質に照射することで陽電子と電子の対を生成させ、より決定的な証拠を得た。この功績により、アンダーソンはヴィクトール・フランツ・ヘスと共同で1936年にノーベル物理学賞を受賞した。その50年後、アンダーソンは、自分の発見はカリフォルニア工科大学の同級生である趙忠堯の研究に触発されたものであることを認めた。

タイトル: クォークグルーオンプラズマ
重イオン衝突実験においてQGPが生成した際に観測されうる物理現象の候補として、以下の現象が期待されている。

タイトル: 核分裂の発見
1938年、ベルリンのカイザー・ヴィルヘルム化学研究所(英語版)に所属していたハーンとシュトラスマンは、遅い中性子を照射されたウランから大幅に軽い元素であるバリウムが生成したことを見出した。ハーンはウラン原子核が複数の小さい原子核に分かれた可能性に気づいたが、物理学的な根拠を見つけられなかった。二人はこの発見を、元同僚で数か月前にナチス・ドイツを逃れてスウェーデンに移住していたマイトナーに手紙で知らせた。マイトナーは甥のフリッシュとともにウラン原子核の分裂についての理論を立て、崩壊一つあたり放出されるエネルギーを約200メガ電子ボルトと計算した。フリッシュは実験によってこれを証明した。結果は『ネイチャー』誌で発表され、この過程はフリッシュによって生物の細胞分裂にたとえて「核分裂」と名付けられた。ハーンはこの発見により1944年のノーベル化学賞を単独で受賞した。

タイトル: プランクの法則
プランクの法則(プランクのほうそく、英: Planck's law)は、黒体放射のスペクトルに関する法則であり、量子力学の基本法則のひとつである。プランクの公式とも呼ばれる。この公式から導かれるスペクトルと温度特性は、全波長領域において、熱放射の実験結果から予想される黒体放射のスペクトルと一致する。1900年、ドイツの物理学者マックス・プランクによって導かれた。プランクはこの法則の導出を考える中で、物体が光を吸収または放射する時、そのエネルギーは、エネルギー素量(現在ではエネルギー量子と呼ばれている)ε = hν の整数倍でなければならないと仮定した。この量子仮説(量子化)は、その後の量子力学の幕開けに大きな影響を与えた。より一般的な導入として、黒体の項目も参照

タイトル: 原子核
原子核の存在が理論的に提唱されたのは、1901年のジャン・ペランおよび1903年の長岡半太郎が最初である。これらの説はあまり注目されなかったが、アーネスト・ラザフォードが1911年に実験的に原子核の存在を確認し、注目を集めることとなった。ラザフォードは1914年に、重い原子核ではα線を接近させてもクーロン力によって弾き返されてしまうが、軽い原子核では原子核かα粒子いずれかの破壊が起こるのではないかと考え、1917年から1919年にかけて、様々な条件下で空気に対してα線を当て、ZnSのシンチレーションを利用して破壊の影響で生ずる可能性のある粒子を発見しようと試みた結果、水素の原子核、すなわち陽子を発見した。この水素の原子核は、α線が空気中の窒素の原子核に当たった際にと言う核反応によって生ずるものである。

タイトル: マグノン
マグノン(英: magnon)は、結晶格子中の電子のスピンの構造を量子化した準粒子である。一方、結晶格子中での原子やイオンの振動を量子化した準粒子は、フォノンという。量子力学における波の描像では、マグノンはスピン波を量子化したものと見なすことができる。準粒子として、マグノンは一定の量のエネルギーと格子運動量を運搬する。プランク定数を2πで割ったディラック定数のスピンを持つ。

タイトル: ヒッグス粒子
もしヒッグス粒子の存在が否定された場合は、標準理論(および宇宙論)は大幅な改訂を迫られることになる。マスメディアによるニュース報道等では「対称性の破れが起こるまでは質量という概念自体が存在しなかった」などと紹介されることがあるが、これは正確ではない。電荷、フレーバー、カラーを持たない粒子、標準模型の範囲内ではヒッグス粒子それ自体および右巻きニュートリノはヒッグス機構と関係なく質量を持つことが出来る。また、重力と質量の関係、すなわち重力質量発生の仕組みは空間の構造によって定められるものであり、標準模型の外部である一般相対性理論、もしくは量子重力理論において重力子の交換によって説明されると期待される。

タイトル: フレーバー (素粒子)
全てのクォークはバリオン数B = ⁄3を持つ。加えて、それらは弱アイソスピンT3 = ±⁄2を持つ。正のT3クォーク(アップ、チャームおよびトップクォーク)はアップ型クォークと呼ばれ、負のT3クォークはダウン型クォークと呼ばれる。アップ型およびダウン型クォークの各二重項は、クォークの一つの世代を構成する。クォークは以下のフレーバー量子数を持つ:これらは電磁相互作用および強い相互作用で保存される(弱い相互作用では保存されない)ので、有用な量子数である。これらから派生的に次の量子数を構成できる:任意のフレーバーのクォークはハミルトニアンの弱い相互作用部分の固有状態である。そして、それは明確な方法でウィークボソンと相互作用する。反対に、固定質量のフェルミ粒子(ハミルトニアンの力学相互作用および強い相互作用部分の固有状態)は、通常さまざまなフレーバーの重ね合わせである。

タイトル: 場
ジョン・ホイーラーとリチャード・ファインマンは、場以前のニュートンの遠隔作用の概念を検討した(一般相対性理論と量子電磁力学の研究のために場の概念は当面有効なので、彼らはそれらの遠隔作用の検討は後回しにされた)。"電磁場は運動量とエネルギーを持つことができるという事実は、場を非常に現実的なものにする。すなわち、粒子は場を作り、その場は他の粒子に作用する。そして、場は、ちょうど粒子が持つ性質と同じように、エネルギーや運動量というおなじみの性質を持つ"。

タイトル: ベータ粒子
1898年、アーネスト・ラザフォードが、天然ウランから2種類の放射線が出ていることを発見し、それぞれアルファ粒子、ベータ線と名付けた。ベータ線の正体である電子は1897年に、陽電子は1932年にそれぞれ発見された。

タイトル: ガイガー・ヌッタルの法則
彼らの名前を取って、ガモフ・コンドン・ガーニーの理論という。この理論より、ガイガー・ヌッタルの法則は次のような式で系列によらない形に一般化できる。ここで λは崩壊定数、 Z は原子番号、 E は(アルファ粒子と崩壊後の原子核の)全運動エネルギー、 a1 と a2 は定数である。この導出は次のように理解できる。まず、原子核を箱とみなしてアルファ粒子が原子核の核子の粒子が沢山はいった箱の内部に存在すると考える。この粒子は、強い相互作用の影響下にあるので、通常その束縛エネルギーの障壁を超えることは出来ないと考えられる。しかしいわゆるトンネル効果により、強い相互作用のポテンシャル障壁を打ち破って原子核外部に飛び出すことができるのである。くわしい式導出は外部リンクを参照のこと。このガモフらのアルファ崩壊の理論に示唆され、ウォルトンとコッククロフトらは粒子加速器を開発し、原子核物理学を発展させた。

タイトル: ニュートラリーノ
 なお、もしも超対称性理論が実際に成立しているとすれば、標準模型における各素粒子に対応する超対称パートナー粒子が存在して追加されるので素粒子の種類は倍となるはずであるが、現在までのところ実験では超対称粒子はひとつも発見されていない。 検討中のWIMPでは、最も軽い電気的に中性な超対称性粒子であるニュートラリーノが冷たい暗黒物質(ダークマター)の最有力候補と言われている。ニュートラリーノの詳細な性質は、それを構成する成分(ズィーノ、フォティーノ、中性ヒグシーノ)の混合比率に依存する。

タイトル: ストレンジネス
この粒子は崩壊の前後でそれまでに知られていた量子数の保存則が成立しないという事実を説明するため、ストレンジネス(奇妙さ)という新たな保存量(量子数)を導入することになった。ストレンジネスは、それらの粒子の生成反応では保存されるが、崩壊反応では保存されないと仮定された。ストレンジネスは強い相互作用と電磁相互作用では保存されるが、弱い相互作用では保存されない。後にストレンジネスの正体はストレンジクォークであることがわかり、これらの性質はストレンジクォークが弱い相互作用によって崩壊するときの反応で説明できるようになった。最初、正の電荷を持つ粒子(K)に正のストレンジネスが割り当てられた。その後、K は正の電荷を持つ反ストレンジクォークで構成されることが分かり、負の電荷を持つストレンジクォークには負の値-1が割り当てられるようになった。

タイトル: ノーベル賞を巡る論争
水谷とテミンは、ラウス肉腫ウイルスの小片に逆転写酵素が含まれることを共同で発見した。しかし、テミンの「プロウイルス仮説」を確認した新しい実験の元々の概念と設計に全面的に責任を負っていたのは水谷だった。2つ目の論争は、ボルティモアが「イマニシ=カリ事件」に関与したことである。これは、彼の研究室の研究者であるテレザ・イマニシ=カリが実験データを捏造したと告発された事件である。当初、公聴会を経て国立衛生研究所科学公正局(OSI、後の 米国研究公正局(ORI))により彼女は科学詐欺を犯したと認定された。しかし、1996年には、保健福祉省(HHS)の上訴委員会が再調査した結果、OSIの調査結果を覆してその調査を批判し、イマニシ=カリに対する非難は不当であったとして、全ての処分を取り消した。ボルティモアがイマニシ=カリを強く擁護したことは、当初は相当な批判と論争を招いた。

タイトル: 密度汎関数理論
1965年にヴァルター・コーンとリュウ・シャムによりホーヘンベルク・コーンの定理に基づいた実際の計算手法が示され応用が可能となった(コーン-シャム方程式)。コーン・シャム理論は実際の系とは別にで表される補助系を考え、この系の基底状態の電子密度が実際の系の基底状態の電子密度に一致するような V e f f {\displaystyle V_{\rm {eff}}} を導くものである。コーン・シャム理論ではホーヘンベルク・コーンのエネルギー汎関数は次のような形に書き換えられる。

タイトル: 分子ナノテクノロジーに関するドレクスラーとスモーリーの論争
分子ナノテクノロジーに関するドレクスラーとスモーリーの論争(ぶんしナノテクノロジーにかんするドレクスラーとスモーリーのろんそう)では、分子ナノテクノロジーの概念的な基礎を打ち立てたK・エリック・ドレクスラーと、ナノ物質C60フラーレンを発見したことで1996年の ノーベル化学賞を受賞したリチャード・スモーリーとの間で行われた、分子ナノテクノロジーに関する公開論争について述べる。その争点は、個々の原子や分子を操作することによって分子材料や分子デバイスを自律的に構築する分子マシン、すなわち分子アセンブラが実現可能かということであった。分子アセンブラはドレクスラーの創案による分子ナノテクノロジーの中核概念であったが、スモーリーはその存在が物理学の基本原理に反していると主張した。

タイトル: ウェーバー・バー
次の年、7ヶ月間に311の一致する検出があり、さらに銀河の中心を指す方向に集中していると公表した。もしそうだとしたならば、重力波の源となりうるものは、核反応を起こしている星や重力凝縮を起こしつつある星の中の原子核の集団運動と考えられる。それから40年余りたった2016年の2月、アメリカの研究チームが重力波を直接検出した、として発表した。過去にはジョゼフ・テイラーらによる「重力研究の新しい可能性を開いた新型連星パルサーの発見」がある。これは連星パルサーがお互いの公転周期が徐々に小さくなっていることの発見であり、これを重力波でエネルギーが放出され続けたと考えることでアインシュタインの一般相対性理論が予言する値と誤差の範囲内で一致することを見出したものである。当時はこれが重力波の存在を裏付ける有力な証拠とされ、テイラーは、1993年ラッセル・ハルスと共にノーベル物理学賞を受賞している。

タイトル: 逆2乗の法則
磁場に関するクーロンの法則は、磁場に関するガウスの法則により磁場の湧出がゼロでない発生源が存在しないため、直接的には成り立たない。磁場についてクーロンの法則が成り立つためには、磁気単極子(モノポール)という概念が必要となる。前述の通り、ガウスの法則から磁場の湧出はゼロとなるため、磁気単極子は単体では存在し得ないが、微小な円電流のなす磁場を磁気双極子(ダイポール)のなす磁場と見なすことができ、磁気双極子を構成する粒子として磁気単極子を扱うことができる。

タイトル: ハイパー核
ハイパー核(ハイパーかく、Hypernucleus)とはストレンジネスを持つバリオンであるハイペロンを含んだ原子核の総称である。通常の原子核は核子(中性子と陽子)の結合状態と考えられている。核子は、6種類のクォークのうち、アップクォークとダウンクォークという2種計3個のクォークだけから構成されているバリオン(重粒子)である。これに対して、ストレンジクォークを含んでいるバリオンをハイペロン(重核子)といい、ハイペロンを含む原子核の事をハイパー核という。この様に、素粒子物理学では、接頭語句ハイパー(hyper-)はストレンジクォークを含む粒子全般に使われる。というのも、ストレンジはアップやダウンに比べて、遥かに静止質量が大きいクォークだからである。なお、チャームクォークを含むバリオンはスーペロン、それを含む原子核をスーパー核という。

タイトル: 中性子の発見
X++粒子は後に質量4を持ち単なる低エネルギーのアルファ粒子と決定された。それにもかかわらず、ラザフォードは質量1の中性粒子である中性子と質量2で+1荷電粒子である重陽子の存在を推測していた。後者は1931年にハロルド・ユーリーにより発見された重水素の核である。仮定の中性粒子の質量は陽子の質量とほとんど異ならないとされた。ラザフォードはそのような電荷のない粒子はそのとき使える技術では検出が難しいであろうと判断した。1921年までにラザフォードは非荷電粒子を中性子(neutron)と命名したが、これとほぼ同時期に陽子(proton)という単語が水素原子核を表すのに採用された。neutronという語は、ラテン語の語根neutralとギリシア語の末尾 -on(electronやprotonの模倣)から構築されたようである。