電子に質量あり、光子に質量なしの理由

質問

電子も光子も波動で内部構造なし、両者共に重力子を放出し質量が発生するメカニズムが備わっていないですよね。

電子に質量あり、光子に質量なしと観測される理由は、電子は大きくてニュートリノ他の素粒子に絶え間なく衝突されて押される、光子は小さくてニュートリノ他の素粒子が衝突しないから？？近年の物理学とは違うかもですが…。

回答No.4

Tacochin · ベストアンサー

＃２，＃３です。
度々、すみません。

「質量の正体」ですが、量子論で説くと、グルーオンが媒介するクォークの運動エネルギーです。電子の場合は、それ自身がクォークみたいな単体素粒子なので、グルーオンは関係ないです。しかし、ヒッグス粒子と衝突するという点で、質量を持っていると言えます。

https://okwave.jp/qa/q10277647/a28470328.html
↑
別スレッドで回答しました、
グルーオン（強い相互作用）の件ですが、中間子を構成するクォークの結合だけではありません。全クォークの結合が対象です。書き方が中間子限定のような恰好になっていましたのでこちらで訂正します。我々の体も、グルーオンの強力な相互作用によって、バラバラにならないように構成されています。

さて、このグルーオンですが、他の相互作用である電磁力や重力（万有引力）とは異なり、距離が離れるほど強くなる力のようです。電磁力や重力は距離の逆２乗則で、離れるほど弱くなります。しかし、グルーオンによる強い相互作用では、ある距離以上になった場合、距離が伸びても力の強さがほとんど変化しなくなるという実験結果も得られているようです。なんとも不思議な素粒子です。

下方に紹介しているサイトでは「宇宙の物質の非常に根幹的なところに関わっているんだよ！」と説明されています。ヒッグス粒子と共に宇宙の仕組みを解く鍵のひとつと言えます。

そして、さらに「質量」の正体ですが...
①ヒッグス粒子で説明できる質量は、全体の1%もない（電子など）

②クォークが陽子や中性子の中で光速に近い速度で
　動いていて、その運動エネルギーが質量に
　変換されて発生したもの。これが99％。
　↑
　言い換えると、グルーオンが光速で動き、
　クォーク同士を結合している。

すなわち、クォークの運動エネルギーでした！
これが「質量」を説明できる最も重要な要素ですね。

ちなみに、「強い相互作用」と呼ぶのは、同極の電荷を持つクォーク同士をも結合して、電磁力より強く働くという点から由来しています。

クォークが陽子や中性子、または中間子など、それぞれの構成粒子のエリア内で、どんな運動をしているのか？という疑問が湧いてきそうですが、それを追究しようとすると、もっとレベルの高い専門書や研究資料を読む必要が出てくると思います。

私の解釈---
また、クォークが結合されているというならば、停止せず運動しているのは矛盾では？と思われるかも知れませんが、これは、見方によって変わってくるということだろうと私は考えております。すなわち、クォークを静止（固定）している状態と見た場合は、媒介粒子グルーオンが運動しているし、クォークが運動していると見るならば、グルーオンが見えずにクォークだけで運動しているように見えると解釈しています。
-----------

参考サイト：
距離が伸びても変化なし！グルーオンと「強い相互作用」の基本的な性質を解明
https://lab-brains.as-1.co.jp/enjoy-learn/2022/08/38500/

余り次から次へと補足してしまうと、質問者さんに新たな疑問が生まれ、質問のネタが尽きなくなるかも知れませんので、この辺にしておきます。
（^＿^;）

お礼

凄い勉強になっています。ありがとうございます。

回答No.3

Tacochin

＃２です。
お礼ありがとうございます。

>>質量ゼロの素粒子は無限大の速度で移動できる気がしないでもないですが

実際に光は「どこどこの恒星が何億光年先」とか、太陽光も地球に届くまで８分かかっていますので、光子は∞（無限大）の速度ではないということになりますね。無限大の速度だと、時間がまったくかからず、あらゆるところに同時に存在できることになります。あるいは「どこにでも、いつでも存在する、時空のあらゆる箇所に存在する」という「神のような存在？」になってしまいます。

ニュートン力学で絶対的だった時空が、相対性理論によって相対的であることが証明されました。そして光速が唯一、絶対的存在となっています。光速は時間と空間の割合変化において、時空の総量を一定（不変）にするための絶対基準と言えます。

別スレッド「相対論で時間と空間の割合が変化するとき」
https://okwave.jp/qa/q10265255/a28446081.html

したがって、絶対基準である光速が無限大（∞）というのは考えにくいです。無限大（∞）は数学でも特異性をもった値です。ブラックホールのような特異点では、あり得ますが（時空の曲率が無限大になっているとか）、此の世（宇宙）を構成する時空の基準（光速）として、無限大（∞）は不適切ではないでしょうか。

>>ヒッグス粒子に衝突するのでしょう。

衝突するのは、光速以下のタージオン（ターディオンまたはブラディオンともいう）ですね。宇宙初期の真空相転移でヒッグス粒子が産まれ、量子の物質化が始まりタージオンが産まれ、光子など質量ゼロの量子だけがヒッグス粒子と衝突せず自由に運動できるという経緯のようです。

Wikipediaの「ヒッグス粒子」>「ヒッグス機構」の章より一部引用
"光子はヒッグス場からの抵抗を受けないため相転移後の宇宙でも自由に動き回ることができ、質量がゼロであると考える。"

まさに質問者さんがおっしゃるとおりです。ヒッグス粒子の衝突と質量ゼロは関係大アリですね。また、＃１さんが「ヒッグス粒子が質量の起源」とおっしゃっている話ともつながってきます。

さらに質問者さんが別スレッドで質問されている内容になるわけですね。タイトルの質問に対して回答は「YES」です。既に他の方が回答されていますので、そちらへの回答は控えさせていただきます。また、以前回答しましたニュートリノ振動の件にも関連します。ニュートリノも、エネルギー粒子（光子など）が物質粒子（タージオン）へ分化していく過渡期の粒子でした。

「ヒッグス粒子は電子に衝突し光子に衝突しない？」
https://okwave.jp/qa/q10277713.html

ニュートリノ振動
↓
「光子もニュートリノもほぼ等速な理由」
https://okwave.jp/qa/q10236807/a28384092.html

回答No.2

Tacochin

光速（秒速30万km）で運動するからです。

我々を構成している光速以下の量子、ターディオン（ブラディオンともいう）では光速に到達するには無限大（∞）の力が必要となります。

ニュートン力学の公式
F＝ma
（力[N] = 質量[kg]×加速度[m/秒²]）

ターディオンが光速に達するには･･･
光速では質量mが無限大（∞）となるので

F＝∞×a

力Fも無限大（∞）必要になる。

したがって、質量0（ゼロ）の光子だからこそ
光速（秒速30万km）で運動できるのです。

参照サイト
↓
光が質量を持たない理由
https://colorful-beans.com/2895/#toc3

電子は光速以下の量子、ターディオンです。同じく光速に到達するには無限大（∞）の力が必要となります。

電子が流れて電流が発生し、電流あるところに電磁波が発生します。光は粒子と波動の双方の性質を持ちます。光波は電磁波の一種です。電磁波があるということは、それを粒子性で捉えると光子になります（可視光線の光子ではなくそれ以外の波長の電磁波としての光子）。

可視光線ではない電磁波も光速です。

電子の質量は9.1093837139(28)×10⁻³¹ kgです。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E8%B3%AA%E9%87%8F

お礼

質量ゼロの素粒子は無限大の速度で移動できる気がしないでもないですが、ヒッグス粒子に衝突するのでしょう。タージオンの解説もありがとうございます。

回答No.1

takochann2

素粒子物理学は全く分かりませんが、「ヒッグス粒子が質量の起源」と聞いたことがありますが、それと関係ないですか？？