番外編１：質量0の素粒子に荷がないべき理由

これまで見つかっていたり、理論的にほとんど性質が予想されている複合粒子でない素粒子(反粒子含む)は以下のとおり。

クォーク
荷電レプトン
ニュートリノ
フォトン
グルーオン
グラビトン
ウィークボソンＷ
ウィークボソンＺ
ヒッグス

＝＝＝＝＝

モノポール
宇宙ひも
アキシオン
ディラトン
ステライルニュートリノ
チャージーノ
と、上記の超対称性粒子について僕はほとんど何もいえないが、


上記の割と確実な素粒子が持ついわゆる4つの相互作用(電磁力・強い力・弱い力・重力)を担う4種類の電荷のようなもの、電荷・色荷・弱荷・質量(ここでは以降、総称して「荷」と呼ぶ)を列記すると(反粒子は質量以外それぞれその逆符号)

種類	電荷	色荷	弱荷	質量
クォーク	+2/3,-1/3	赤青緑	±1/2	有
荷電レプトン	-1	白	-1/2	有
ニュートリノ	0	白	+1/2	有
フォトン	0	白	0	無
グルーオン	0	赤青緑？	0？	無
グラビトン	0	白	0	無
ウィークボソンW	±1	白	±1？	有
ウィークボソンZ	0	白	0？	有
ヒッグス	0？	白	有？	有

色荷については3種類ワンセットなので慣例にならって赤青緑と書いた。
白は色荷を持っていないことに相当する。
質量に関しては今後の議論のために有無だけを書かせていただいた。
データ不足、勉強不足で自信のないところには？をつけた。


ここで、質量0の素粒子を赤くマーキングしたのには理由がある。
質量0の素粒子は相対論からの要請で常に光速で飛ぶことに注意してほしい。
この3種類の質量0の素粒子、そろって電荷がない。

もしこれに電荷があったらどうか？
そのその例えとして衝撃波がふさわしいだろう。
衝撃波は、超音速旅客機が音速を超える際に発生する。
旅客機の出す音の速度が旅客機の速度に我慢できなくなって衝撃波を出すと考えてもらえばいい。

それと似たようなことが光にもいえる。
もっとも、光の場合は相対論が厳重に光速を壁にしているので、真空中では光速は相変わらず鉄壁だ。
質量が有限の粒子は超えられない。
しかし、真空中や空気中でない何か媒質の中、つまり屈折率が1でないものの中を通る光は遅くなる。
その光の速度を、有限質量の粒子が超えることを相対論は禁止していない。
このときに発生する衝撃波の光バージョンのことをチェレンコフ光と呼ぶ。

質量0の粒子が電荷を持っていたらチェレンコフ光を常に出していなければならなくなる。
光を出すのでその分エネルギーが減少する。
質量0の粒子のエネルギーは量子としての振動数によってのみ決まるので、
チェレンコフ光を出し続けるとどんどんエネルギーを失い、振動数は限りなく0に近づき
波長は際限なく長くなってしまうだろう。

それがおきないような「質量と荷に関するルール」があるべきなのではないか？

同様に、おそらく弱い相互作用の「弱荷」、強い相互作用の「色荷」についても
光速で走る質量0の粒子がそれらを持っていたら何かおかしなことにはならないだろうか？


フォトンとグラビトンはその点無難である。
ウィークボソンは質量を持っているので調査の対象外である。

しかしグルーオンは僕の理解力では未知数である。
弱荷についてはおそらく持っていないだろうとしかいえないが、
色荷については少し調べてみた。

そもそもなぜグルーオンが8種類なのかというところからアプローチしてみた。

色荷の概念は少しややこしい。
電荷のように＋と－の2種類でできているのではなく、3種類でできているから理解が難しいのだろう。
ちょうど光の3原色という3つ1セットの現象があってよかった。
だからこそ光の3原色を例えにイメージをわかせることができる。










上の図を見てほしい。
電荷だとこの横軸の＋と－しかないので数直線で理解できる。
これはたまたま＋と－が180度ずれているから偶然理解がしやすかった。











しかし、色の場合は上図のように120度ずつずれている。
そうすると赤は青の斜め左上といったような、直線状ではなく平面上の1点に位置してしまう。
緑は青の斜め左下になる。
もちろんこれは僕が勝手に約束したものなので、青・赤・緑の位置関係は120度ずれてさえいれば
どうとってもいい。









そして、その色には「反色」というものがあり、色平面上で反対のところに居座っている。
青の反色は反青なので原点を対称とした青の真左に位置する。
赤の反色は反赤なので、赤と原点対称になって青のすぐ左下になる。
反緑も同様。



ここで、グルーオンというのは、クォークを結びつける粒子のことを言う。
4つの相互作用にそれぞれ4種類の素粒子が対応しているのは
その素粒子のやり取りによって運動量を交換することによって、引力や反発力、あるいは素粒子同士の反応を及ぼすためだ。

グルーオンはクォークとクォークの間を行き来することで、クォーク同士を結び付けている。
しかしここで、クォークはグルーオンを介して色を交換しながら結び付けられているために
グルーオンは色を持っているとされる。

ということは、クォークからある色を奪い去ってから、ほかの色を与えなければならない。
色を奪い去るということは、その反色を持っていることに相当するから
結局グルーオンは2色混合ということになる。

まず、青をほかの色にするグルーオンについて考えてみることにしよう。

グルーオンの色			変化前 の色	変化後 の色
青	反青		青	青
赤	反青		青	赤
赤	反赤		青	青
緑	反青		青	緑
緑	反緑		青	青
反青	反青		青	反青
反青	反赤		青	反赤
反青	反緑		青	反緑

色の組み合わせに重複があったり、変化後に対応する色がなかったりした組み合わせを除去すると、これだけで8種類になってしまう。
変化後の色が青になるグルーオンの組み合わせが3つダブっているのだが、グルーオンの混合色が異なるのでこれは区別されるべきとした。


色の平面で見ると、青に作用するグルーオンの混合色の位置は下図のようになる。












もしこれが青に対する変化のように、ほかの5色に対する変化も考えると
重複を考慮しても下図のようになって19種類になってしまう。










この平面の原点が白色なのでここを抜かすと18種類だが、元々色を変えないのが変化前1色に対して3つ重複しており、これを抜かすと5種類しかないことになるため、混合色が白色のグルーオンも数えるべきだとし、それで合わせて18色ではなく19色という結論を得た。


しかしそうすると8種類といわれている話と合わない。
19という数字もなんか変だ。対称性を重視する理論で何番目かの素数が出るのは奇妙ではないか。
ということは、これは色を変化させる約束であって色そのものはないのではないか？
この8種類は残り5色においてもそれだけで同様に作用する、色平面で60度ごとに回転対称なものなのではないかと考えたわけだ。










と












などが等価という感じ(6色について以下同様)

そうすると相変わらず8種類のままで済む。

日本語のwikipediaにはグルーオン8種類の内訳が詳しく書かれていない。
ほかのサイトやブログを見ても書いてないどころか、6種類しかないじゃないかと書いている人しか見当たらなかった。
だからこそ自分なりに調べてみたのだが、ということはwikipediaに安易に書けない理由でもあるのではないかと考えているわけで、それが「素直な色荷ではない」というものなのではないか、と今は結論付けている。


そう考えると、グルーオンが色荷を持っていないとできるかも知れず
質量0の素粒子が何ら荷を持っていないとするルールを持つ可能性が高まった。