カタツムリ系@エンタメ・レビュー (ポップ・サイエンスはデフォルト)

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【2つの粒子で世界がわかる】最近の物理、特に素粒子系に感じる、タモリ倶楽部感🥴

こんにちは、カタツムリ系です🐌

素粒子という言葉。とにかく、宇宙で一番、小さい単位の粒子という意味だそうです。もともと、原子が最小と聞いていたのに、玉ねぎの皮むきのように、どんどん極小化。電子とか陽子はもちろん、クォークとかレプトンとか💦その反省もあってか、素粒子業界の方も、もう「原子」とか「分子」とかネーミングは特定せず、「素粒子(=最も小さい粒子)」いうボヤッとした表現で、再度、さらに小さな粒子が発見されても、この言葉で吸収できるよう、工夫されたのかも。

出典はアマゾンさん。

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【目次】

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アボガドロ定数

これ、本当にすごいですよね。6 ✖︎ 10^23 mol^-1。

天文学辞典 » アボガドロ定数

例を出します。

原子量12の炭素(陽子6個と中性子6個)は、このアボガドロ定数だけ集まると、ちようど12グラムの質量になるとか。でも、この定数は便利なだけではなく

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原子を否定する一派は、ぐうの音も出ません。20世紀になってようやく原子の時代が到来

ということは

P-20

原子の存在が当たり前ではなかった時代

が、つい二百年前までは実在したようです。

 

粒子にも二種類

P-30

素粒子には、物質を作り上げている粒子と、力を伝える粒子があります。

これは画期的。物質を作り上げているのがフェルミ粒子と言い、力を伝える粒子はボーズ粒子と言うそうです。これが大きな2分類。ちなみに、力を伝える粒子という表現。スターウォーズジェダイでも言いそうなセリフ。さらには

P-30

それ以外にも、粒子に質量を与える役割をしているヒッグス粒子と呼ばれる存在もあります。

「質量を与える」!?。ほぼ神じゃないですか。たしかに、俗称で「神の粒子」とも呼ばれているよう。

神の粒子「ヒッグス粒子」の研究が宇宙を崩壊させる? | ギズモード・ジャパン

 

物質は粒子か波かという、なんどか縁遠い議論。しかし、珍しく身近な現象にもリーチ

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版を読んでいるあなたの手を、本のページの上にかざし、灯りに照らされた手が本の上に作る影を見てください(中略)手を出して本のページから離せば話すほど、輪郭がぼやけていきます

考えたことも無かったですが、なんだか楽しいですね。これは、光が手の裏側にまで回り込んでいる(「回折」と呼ぶそうです)からだそうです。しかし、光はその波長が圧倒的に短く、一万分の一ミリメートルくらいしかないそう。この場合

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回折は、波の波長(山から山、あるいは谷から谷までの長さ)が長いほど顕著だと性質があります(中略)これらの電波に比べ、光の波長は圧倒的に短く(中略)回折の効果はわずか

というと輪郭がぼやける理由は?

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照明が点ではなく広がりを持っていることや、塵や埃がが光を散乱させる効果が大きく効いているからです。

そんな理由もあるのですね。しかし、ここを深掘りすると、さらに、いろんなことが出てきそうなのでストップ💦しかし、さっきの波長と回折の話。

P-38

建物の中や裏側でAMラジオは受信できてもテレビは受信できないということがありますがらこれは映画ラジオの電波がテレビの電波よりも波長が長いため、回折により障害物の裏に回り込めるからです

これは、ほとんどタモリ倶楽部的な内容なので、また、電気のトピックを扱った時に深められれば、と。

 

フェルミ粒子とボーズ粒子という2分類はお互いに行ったり来たり

ちょっと重たい前置きですが、ちょっと波動関数のことに触れます

P-66

波動関数を二乗したものが粒子の存在確率を表す

そして、

P-72

同じ種類の粒子を交換したとき、波動関数の符号が変わらない場合は、その粒子をボーズ粒子と呼び、符号が変わる場合は、その粒子をフェルミ粒子と呼ぶ

まぁ、二乗するので、平方根をとるとプラスとマイナスのふた通りできるということらしいです。-2の二乗も、+2の二乗も、どちらも4なので。

P-81

複数の粒子が同じ状態になれるのがボーズ粒子、なれないのがフェルミ粒子

ボーズ粒子はずっと符号がプラスなので、増え続けていけるようです。逆に、フェルミ粒子は先にプラスだとマイナス。先にマイナスだとつぎはプラスとくるので、量が増えることはないようです。そんなアベコベな性質なのに

P-77

フェルミ粒子が偶数個集まってできた大きな粒子はボーズ粒子であり、奇数個集まってできた大きな粒子はフェルミ粒子

となるそう。仲良くなったら、正反対になったり。ツンデレ素粒子

 

ボーズ粒子は「超流動」。フェルミ粒子は「超伝導

P-154

粘性がゼロであることによってボーズ粒子が示す現象を「超流動」と言います。

これだけだとなんの効果があるのかピンときませんが、どうやら、フェルミ粒子とのセットで意味が出てくるようです。

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ボーズ粒子には、超流動という派手な現象がありましたが、似たような現象はフェルミ粒子なもあります。それは超伝導です。しかも、超伝導超流動は親戚同士の関係(中略)電気抵抗がゼロになる超伝導

超伝導は聞いたことあります。電気抵抗を減らしエネルギー効率を高める工夫。例のリニアモーターカーのとか。

 

最後に

素粒子の話は、ともかく、あっちに行ったりこっちに行ったりというトピックの移動が激しい。物資のおおもとなので、いろんなところに関係しているでしょうから、当然といえば当然ですが、なかなか頭が疲れる割に、頭に残らないイメージあります。強敵💦

 

また、次回。

 

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