登場する粒子
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/06/11 15:23 UTC 版)
場の量子論では、クォーク・レプトン・ゲージ場といった多くの種類の量子場が存在する事を前提としている。弦理論の描像では対照的に、全ての物理的実体は、ただ一種類の弦の様々な状態に対応する。 弦は自然長ゼロ、自然長の状態での質量もゼロ（だが特殊相対性理論から、弦が振動エネルギーを持つ時にはE=mc2の関係式で質量を持つ）で、張力 T 0 = 1 2 π α ′ ℏ c {\displaystyle T_{0}={\frac {1}{2\pi \alpha ^{\prime }\hbar c}}} のみを手で与える。張力はたとえ変えても系全体が相似に拡大縮小されるだけなので、内部で起こる物理には影響を及ぼさない。α'はレッジェの傾きパラメータと呼ばれ、歴史的な理由から張力そのままではなくこのパラメータが用いられる。あるいは、長さの次元を持ったパラメータ l s = ℏ c α ′ {\displaystyle l_{s}=\hbar c{\sqrt {\alpha ^{\prime }}}} を代わりに用いる事がある。ハドロンの弦理論では核子の大きさ程度、量子重力理論としての弦理論ではプランク長程度に取られる事が一般的である。作用（≒弦の持つエネルギー）は、空間に時間を加えた二次元面の表面積に比例し、南部＝後藤作用と呼ばれる。あるいは同値であるが経路積分での扱いが容易なポリヤコフ作用が用いられる事もある。 観測される粒子は、ごく短い弦が振動しながら飛び回る状態として記述される。以下最も簡単な例として、26次元時空の平坦な時空について、閉じた弦と開いた弦の振る舞いを見る。 まず開いた弦について、最も低いエネルギーの状態は振動せず飛ぶ弦である。次の状態として、ある一つの方向に自由端定在波一倍振動をする弦がある。量子的な弦なので振幅は量子化され、1量子分のエネルギーを持った状態が第一励起状態となる。さらに、量子効果として振動の零点エネルギーへの寄与がある。相対論的な弦の場合、この量子効果はマイナスに働き、最低エネルギーの開弦は負の質量二乗（虚数質量）を持つスカラー粒子、開弦タキオンとなる。一方、第一励起状態の弦は質量ゼロとなり、横波24成分を持つゲージ粒子となる。 閉じた弦は定在波だけでなく進行波を許すので、物理的自由度は二倍となる。ただし、弦が内部構造を持たない実体であるという制限から、状態の数は減る。その結果、基底状態は閉弦タキオン、第一励起状態は242の成分を持ったゼロ質量テンソル粒子で、うち対称な成分が重力子、トレース成分がディラトン、反対称な成分が2-形式ゲージ粒子となる。2-形式ゲージ粒子は、粒子が持つ電荷と結合するゲージ粒子の拡張で、弦が持つストリングチャージと結合する。 これらより重い状態は、lsをプランク長程度とすると最低でも1/√α'＝プランク質量の質量を持つため、とりあえず無視される場合が多い。
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