今年のノーベル物理学賞を取った研究について

質問

今年のノーベル物理学賞を3人の日本人の方が受賞しましたが、
簡単に言うとどのような研究だったんでしょうか？

高校生レベルの物理が分かる程度の人向けに説明をお願いします。
おおまかでいいので。。

回答No.1

sanori · ベストアンサー

こんばんは。
わかりやすさ優先で書きますね。

高校生レベルでしたら、原子核は陽子と中性子でできていることはご存知かと思います。
陽子はプラスの電荷を持っていますから、お互い反発し合い、単純考えでいくと、１箇所に固まっていることは難しいです。
そこで、湯川先生は核力を担う中間子の存在を予言し、その後、それが実際に発見されました。（パイ中間子）

ところが、その後、クォークという粒子があることがわかってきました。
陽子や中性子は３つのクォークでできており、中間子は、たとえば、π+中間子は２つのクォークでできています。

益川先生と小林先生は、クォークの種類が、少なくとも３世代（６種類）存在することを理論的に予言しました。

南部先生は、益川先生と小林先生よりも約２０年先輩ですが、
対称性の自発的な破れ（自発的対称性の破れ）を予言しました。
これの解説は難しいのですが、これによって起こる現象の一つとして、
１個１個のクォーク自体の質量は軽いのに、３つ合わさって陽子や中性子になると、非常に重くなるということが挙げられます。
いわば、ピンポン玉を三つ合わせたら、突然、鉄球に変身するというようなイメージです。
これについては、下記の２つのリンクをどうぞ。
http://www.kek.jp/ja/news/press/2007/supercomputer2.html
http://www.nhk.or.jp/bakumon/previous/20080429.html

追伸
南部先生は現在、アメリカ人です。（1970年に帰化）
１９７８年に文化勲章を受章してはいますが。

お礼

回答ありがとうございます。

なんとなくですが分かりました。
普通の常識からは、かけ離れたイメージですね。
ところで「自発的対称性の破れ」の例え話として、
以下のような話を聞きました。

丸いテーブルを大勢の人が囲んでいます。
テービルの上には、自分から見て右手にも左手にもナプキンが置いてあります。
一人の人が、どちらのナプキンを取るかは自由でばらばらのはずです。
たまたま一人の人が、左手のナプキンを取ると、全員が左手のナプキンを使わなければなります。

この話と陽子や中性子の質量と、どのような関係があるんでしょうか？

回答No.2

sanori

お礼のお言葉をありがとうございました。

円卓にナプキンですか。ほー
一人の人の選択が、玉突きのように他の人達に連鎖するということなんですかね。
何を言いたい例えなのか、私にはわかりません。

ワインのびんの底って、真ん中が盛り上がっていて、端に行くほど低いですよね。
それを使った例えがよいみたいです。

１．
こちらの中の、「メキシカン・ハット（ワイン・ボトル）型ポテンシャル」の項をご覧ください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%99%BA%E7%9A%84%E5%AF%BE%E7%A7%B0%E6%80%A7%E3%81%AE%E7%A0%B4%E3%82%8C

２．
こちらの記事は、式（※）が難解だと思いますが、右側にある図を、上記１の記事の説明のイメージ図として利用するとよいでしょう。
（ワインのびん底の形状）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AF%BE%E7%A7%B0%E6%80%A7%E3%81%AE%E7%A0%B4%E3%82%8C

※：
式の中に「ｅのｉθ乗」というのが出現していますが、これは、映画「博士の愛した数式」の中で登場した式です。
ｉとｅは高校数学で習いますが、「ｅのｉθ乗」は、たぶん大学に上がってからだと思います。
ちなみに、
ｅのｉθ乗　＝　cosθ　＋　ｉ・sinθ
です。
（あまりにも有名な、オイラーの公式）
実用性もちゃんとある公式で、工業高校で習う電気回路の計算に応用されていたり、私自身は電気以外の仕事で使ったことがあります。
しかし、オイラーの公式でさえ基礎の基礎であって、３人の先生の理論は、それより遥か向こうにあります。

では。

お礼

回答ありがとうございます。

リンク先を読んでみました。
さすがに難しいです。。。

円卓ナプキンの例については、
もう一寸調べてみたいと思います。