科学の散歩道
現代物理学入門

素粒子物理学編
ミュー粒子とタウ粒子

ニュートリノと一口に言っても、実は3つの種類がある。 すなわち、電子型ニュートリノ、ミュー型ニュートリノおよびタウ型ニュートリノの3つだ。 電子型は、基本的に電子と反応し、それ以外の粒子とは反応しない。 同様に、それぞれ、ミュー型はミュー粒子、タウ型はタウ粒子としか反応しない。

電子はよく知られた素粒子のひとつだが、ミュー粒子やタウ粒子はあまり馴染みがないかもしれない。 ミュー粒子もタウ粒子も電子と同じレプトンと呼ばれる素粒子のグループに分類されており、質量の違いを除き、電子の性質とほとんど変わらない。 3つの中では電子の質量が最も軽く、次いでミュー粒子、タウ粒子という順で重くなる。

ちなみに、これら素粒子の発見の順番についても、電子、ミュー粒子、タウ粒子と質量の軽い順となっている。 なぜかと言えば、電子は自然界のいたるところに存在しているのに対し、ミュー粒子やタウ粒子はエネルギーの高い特別な領域においてのみ現れ、瞬く間に他の粒子に崩壊してしまうからだ。 一般に、質量の大きな粒子は質量の量子的なゆらぎも大きく、したがって、寿命が短いという傾向がある。

ミュー粒子の場合、地球に降り注いでいる宇宙線の中から発見された。 宇宙空間では、エネルギーの大きな粒子(陽子が多い)が行き交っているので、ひょんなところから地球のほうに飛び込んでくると、粒子線となって降り注ぐことになる。 たいていの場合、大気中の分子と衝突するなどして、パイ中間子をはじめ、電子やミュー粒子などに崩壊している。

一方のタウ粒子は、宇宙線の中から見つけるのは不可能に近い。 タウ粒子の生成に見合うだけのエネルギーを得ることが難しく、しかも、ミュー粒子と比べて非常に早く崩壊してしまうためだ。 タウ粒子を発見するには、人工的に高エネルギー状態を作り出す粒子加速器と精度よく事象をとらえる検出器の開発が必要だった。


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