クオークとレプトンについている第一世代、第二世代、第三世代とはどういう意味ですか。

質問

題の通りです。
クオークとレプトンについている第一世代、第二世代、第三世代とはどういう意味でしょうか。
私たちの住んでいる宇宙が第一世代のクオークとレプトンからできているらしいということは知っているのですが、この第一世代、第二世代、第三世代という名称が付けられた理由が分かりません。
どなたか教えて頂けませんでしょうか。

回答No.3

tenro · ベストアンサー

世代というのは、
　第１世代　( d , u , e ,ν_e )
　第２世代　( s , c , μ ,ν_μ )
　第３世代　( b , t , τ ,ν_τ )
ですが、各世代の粒子は質量以外の物理量（電荷・スピン・弱アイソスピン）が全て同じという性質をもっています。ニュートリノ以外は世代が大きくなるほど質量が大きくなります。各世代内でのクォークどうし、もしくはレプトンどうしは弱い相互作用で互いに転換しあうことができます（正確には、世代間で転換が可能ですがその確率は世代内のそれよりもずっと小さなものになります［Cabbbibo-小林-益川の理論］）。ですので、近似的に弱い相互作用は各世代の中で閉じた形になっています。また、クォークとレプトンが世代でセットになっていることは、くりこみ可能性に関係しています。レプトンの数とクオークの数が等しく、クォークのカラー自由度が３ですと、異常項というものが互いに相殺されくりこみ可能性が保証されます。なぜ、世代毎にクォークとレプトンがセットになって現れ、質量だけが違うのかというのはまだ解かれていない物理学の大問題となっています。

お礼

世代についての詳しい知識をありがとうございます。２０年以上前に大学の物理学科を出たのですが、あのころは、世代という名前すらありませんでした。物理学も永遠に発展するものなのかも知れないですね。

回答No.2

ryn

今のところは #1 さんのおっしゃるように
質量の軽いほうから並べて分類したという程度で，
なぜ世代というものが存在するかは理論から導かれていません．

ただ，
> 私たちの住んでいる宇宙が第一世代のクオークとレプトンから
> できているらしいということは知っているのですが
これは宇宙とまでいうとそうではありません．
たしかに，第二世代，第三世代のものは重くてすぐに崩壊してしまうため，
身の回りの普通の物質は第一世代のものからできています．

しかし，全然身の回りに第二世代以降のものがないかというとそうではなくて，
第二世代のレプトンであるミューオンは 1[m^2] 当たり
1秒に1個くらいの割合で常に上空から降っており，
私たちの身体を貫通しています．

お礼

「なぜ世代というものが存在するかは理論から導かれていません．」というところが、すごいですね。世代がなぜ存在するかさえ分からないところに、物理学の奥の深さを感じます。理論もまだまだ発展する余地があるんですね。
ありがとうございました。

回答No.1

ymmasayan

私も良くわからないのですが。
クオークとレプトンを質量の順に並べて２つずつ組にして見たら色々都合が良かったらしいです。
そこで、下から第１世代・・・という風に名前をつけたそうです。

なんか、化学の周期律表のようなものかなと言う気がします。
世代と言うのは、周期律表のなん段目に相当するもののようですね。
見つかっていない粒子の予想にも役立ったようですし、まさに周期律表に似ています。

参考URL：

http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/tokutei/sinsei/node5.html

お礼

なるほど、なぜそうなるかは分からないが、３つに分類すると、全く同じパターンが3世代繰り返し、新しい粒子の予想にも役立ったわけなんですね。
発見の過程は本当に周期律表そっくりですね。なぜそういうパターンが存在するのかも、近い将来分かるかも知れないですね。
どうもありがとうございました。