【科学】感想：NHK番組「神の数式 完全版」第２回「“重さ”はどこから生まれるのか ～自発的対称性の破れ 驚異の逆転劇～」

NHKオンデマンド | 神の数式　完全版 第２回　“重さ”はどこから生まれるのか～自発的対称性の破れ　驚異の逆転劇～　https://www.nhk-ondemand.jp/goods/G2014053660SA000/
放送　NHK BS1。全4回。

【※以下ネタバレ】
　

この世は何でできているのか。人類の究極の謎を解くとされる「神の数式」。ヒッグス粒子の発見で、その輪郭に迫った天才達の１００年の苦闘を描く、４回シリーズ完全版。

出演者ほか
【出演】オジェル・ノザキ，【語り】小倉久寛

人類の思索の歴史。それは、全宇宙の謎を解く唯一無二の“神の数式”を追い求めた歴史でもあった。ニュートン、アインシュタイン以来、科学者たちは「あらゆる自然現象は、最終的には一つの数式で説明できるはずだ」と信じてきたのだ。そしてノーベル賞を受賞したヒッグス粒子の発見によって、人類はその究極の数式の輪郭をつかもうとしている。２０１３年９月に放送し大きな反響を得た番組を４回シリーズの完全版として届ける。

　
前回：第1回
perry-r.hatenablog.com
　

第２回　“重さ”はどこから生まれるのか　～自発的対称性の破れ　驚異の逆転劇～　(2013年12月25日(水)放送)

内容

●「強い核力」「弱い核力」の式の大問題

　核力を現す二つの式の研究で、原子核内部でその力を伝える粒子の質量は「ゼロ」と導き出されていた。ところが粒子で質量がゼロなのは光子だけで、それ以外には質量が無くてはならない。そのためこの式は現実に合っていなかった。

　その後粒子の右回り・左回りという回転の対称性「カイラル対称性」が発見されたが、その研究の過程で、基本素粒子「電子・クォーク二種類・ニュートリノ」も質量がゼロという結果が導き出されてしまった。

　つまり基本素粒子も力を伝える粒子も質量がゼロという事になり、粒子は光の速度で飛び回り、宇宙には物質が存在するはずがない、という現実とはまるで違う答えが導かれてしまったのである。

●南部陽一郎の大発見

　日本人物理学者・南部陽一郎はこの矛盾を解決する答え「自発性対称性の破れ」を発見した。

　自発性対称性の破れとは、たとえ話をするなら、鉛筆を削った方を下にして垂直に立てる行為で説明できる。図面では「鉛筆を垂直に立てる」と書かれていても、現実にはその通りに立てようとしてもすぐに倒れてしまう。同様に「数式上は質量がゼロ」となっていても、現実には質量がゼロにならない、という事がありうるとしたのである。

　具体的には、クォークは右回りと左回りの物があるが、「右回りのクォークの正・反粒子がいきなり生まれたりくっついたり消えたりする」「左回りの以下同文」という現象が起きている。そして式の上では、右回りと左回りの粒子は「カイラル対称性」のため、入り混じったりは無い。

　ところが現実には「カイラル対称性の破れ」により、右回りの粒子と左回りの粒子がくっついて、消滅せずに残ってしまう、という事が起きる。そういう消えずに残ったクォークが空間を埋め尽くしているため、クォークがまっくず進もうとしても残った粒子にぶつかってまっすぐ進めない。その進めなさが「質量」だというのである。

　かくして「強い核力の式」からクォークの質量が導き出された。

●「弱い核力の式」から質量を導く

　しかし依然として「電子」「ニュートリノ」「力を伝える粒子」の質量がゼロになる、という問題が残っていた。ワインバーグは、仮想的な粒子「ヒッグス粒子」が空間を埋め尽くしていて、電子などがその粒子とぶつかることで質量が生まれる、という説を提唱した。

　この考えは「あまりにも都合よすぎ」と批判されたもののだんだん支持を得るようになり、そしてついに2013年にヒッグス粒子が発見された。

●重力を組み込む必要性

　こうして神の数式は完成に近き「標準理論」と呼ばれている。しかし科学者たちは神の数式には「重力」を組み込む必要があると考えている。素粒子はあまりに軽いため重力は考慮されていなかったが、宇宙の全ての現象を説明するためには重力も考慮に入れなければならない筈である。

　第三回に続く。
　↓
perry-r.hatenablog.com

感想

　2013年9月21日・22日に、NHK総合のNHKスペシャル枠で「神の数式」という番組が二夜連続で放送されたあと、同年12月に最新の情報を加えて全4話にアップグレードした「完全版」が全4回でBS1で放送されました。
　

感想：NHK番組「NHKスペシャル　神の数式」『第１回　この世は何からできているのか　～天才たちの100年の苦闘～』(2013年9月21日(土)放送)
http://perry-r.hatenablog.com/entry/20131006/p22

感想：NHK番組「NHKスペシャル　神の数式」『第２回　宇宙はどこから来たのか　～最後の難問に挑む天才たち～』(2013年9月22日(日)放送)
http://perry-r.hatenablog.com/entry/20131006/p21

　
　今回は無印バージョンの「第一回」の後半を一時間に拡大した物ですが、面白かったですね。NHKはこの手の番組を作らせるとホント上手いです。