ヒッグス粒子

新語時事用語辞典

ヒッグス粒子

読み方：ヒッグスりゅうし
別名：ヒッグスボソン
英語：Higgs boson

物質に質量を与えていると考えられている未知の素粒子。素粒子物理学の標準理論の中で、唯一まだ発見されていない。そのため「最後の素粒子」などとも呼ばれる。

現代物理学では、空間はヒッグス粒子で満たされていると仮定されている。あらゆる粒子は、ヒッグス粒子にぶつかって抵抗が生じる。この抵抗、つまり動きにくさが質量となる。この「ヒッグス粒子に満たされた場」の仮定を「ヒッグス場」という。

光の粒子は、ヒッグス粒子の抵抗を受けず、そのため光速で進むことができるとされる。そこで、あらゆる素粒子は、もしヒッグス粒子の抵抗を受けなければ、光速で進むことができると考えられている。

ヒッグス粒子の存在は1960年代にすでに予言されていたが、長らく現実に観測・確認されることがなかった。ヒッグス粒子が発見されれば、素粒子物理学の基礎理論が全て揃うことになるという。

2011年12月、CERN（欧州原子核研究機構）は、巨大粒子加速器「LHC」での実験の結果、ヒッグス粒子の存在する兆候が見つかったと発表した。2011年12月13日現在、正式な発表が待たれている。

（2011年12月13日更新）

デジタル大辞泉

ヒッグス‐りゅうし〔‐リフシ〕【ヒッグス粒子】

読み方：ひっぐすりゅうし

《Higgs particle》素粒子に質量を与える役割を担う素粒子。素粒子物理学の標準模型、特にワインバーグサラム理論の中でその存在が予言され、長年にわたり探索が続けられたが、2012年7月にCERNのLHC加速器で未知の新粒子が見つかり、翌年ヒッグス粒子であると発表された。1964年に素粒子の質量獲得モデル（ヒッグス機構）を提唱した英国の物理学者ヒッグスの名にちなむ。H粒子。

[補説] ビッグバンによって宇宙ができた直後、素粒子には質量がなく光速で飛び交っていたが、宇宙が膨張・冷却する過程で真空の性質が変化した。この変化は真空の相転移とよばれ、ヒッグス粒子が凝縮して真空に満ちることで素粒子が動きにくくなった。ヒッグス機構によると動きにくさの度合いは、素粒子の質量の大きさを表し、軽い素粒子ほど動きやすく、重い粒子ほど動きにくいとされる。CERNのLHC加速器に設置されたATLASやCMSなどの検出器でヒッグス粒子の探索が行われ、2012年7月、質量125〜126GeVの範囲にヒッグス粒子と思われる新しい粒子を発見。さらに2013年3月にはスカラー粒子（スピンが零のボース粒子）であることが確認され、新粒子はほぼ間違いなくヒッグス粒子であると発表された。同粒子の存在を提唱したヒッグスは、おなじく素粒子が質量を獲得する理論を独立して発表したベルギーのアングレールとともに、2013年にノーベル物理学賞を受賞。

ウィキペディア

ヒッグス粒子

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/02/15 00:45 UTC 版)

ヒッグス粒子
シミュレーション画像。仮説に基づいて、LHCのCMS素粒子検出器内で起きる可能性があると計算されることを描画してみたもの。
分類	ボーズ粒子
グループ	ヒッグス粒子
ゲージ	SU(2)L×U(1)Y
理論化	ピーター・ウェア・ヒッグス(1964)
発見	2011年
記号	H
電荷	0
スピン	0

ヒッグス粒子（ヒッグスりゅうし、英語: Higgs boson （英語発音）/hɪgz ˈbəʊzɒn/ ヒッグス・ボソン）は素粒子の一種。

一部の粒子の質量の起源を説明する理論であるヒッグス機構において存在が予想された素粒子であり、2011年以降にヒッグス粒子の存在が観測されたため、ヒッグス機構の正しさが示された。

ヒッグス自身はヒッグス粒子を「so-called Higgs boson（いわゆる ヒッグス粒子と呼ばれているもの）」と呼んでおり、他にも様々な呼称がある。

シミュレーション画像。仮説に基づいて、LHCのCMS素粒子検出器内で起きる可能性があると計算されることを描画してみたもの。このケースでは、二つの陽子の衝突後にヒッグス粒子が出現しそれは2つの流れに、つまりハドロン（11時の方向のそれ）および2個の電子の流れ（左下のおよび5時の方向のそれ）になっている。粒子がとりうる軌跡は直線で、粒子が検出器内に残すエネルギーは水色で描画している。

概要

ウィークボソンをはじめとするいくつかの粒子の質量の起源を説明するため、1964年にエディンバラ大学のピーター・ウェア・ヒッグスは、自発的対称性の破れの考えに基づいた理論を提唱した。この理論はヒッグス機構と呼ばれる。

ヒッグス機構においては、ヒッグス場と呼ばれるスカラー場が導入され、それに対応するスカラー粒子も同時に導入される。これをヒッグス粒子と呼ぶ。ヒッグス粒子はスピン0・電荷0 のボース粒子である。

ヒッグス機構を含む理論模型が現実に即しているかどうかを判定する上で、その模型に対応するヒッグス粒子が存在するかどうかの実験的検証が鍵となる。ヒッグス粒子という言葉は、広い意味ではヒッグス機構において現れる粒子のことであるが、特に標準模型（ワインバーグ＝サラム理論）のヒッグス粒子を指して使われる場合が多い。標準模型においては、ウィークボソン（W^±,Z）はヒッグス機構により質量を獲得しているとされており、クォークやレプトンもヒッグス場との相互作用を通して質量を得ているとされている。

ヒッグス機構

ヒッグス機構とは、ピーター・ヒッグスが1964年に提唱した、ゲージ対称性の自発的破れに関する理論である。この理論の下では、南部・ゴールドストーン粒子は物理的には現れず、その自由度はゲージ場の縦成分として吸収され、ゲージ場はベクトル粒子としてふるまうことになる。この理論は、質量をもつベクトル粒子を、きわめて基本的な対称性に基づいたゲージ場として解釈することを可能にする。つまり、ヒッグス機構は質量の起源について合理的な説明を与えることができる。

この理論では、「真空」と同じ量子数を持つスカラー粒子が現れる、とされるので、この仮説が正しいものだと証明するためには、このいわゆる「ヒッグス粒子」を実験的に見つけることが課題になる。

なお、似たようなメカニズムは、ブリュッセル自由大学のロベール・ブルー (Robert Brout) とフランソワ・アングレールも1964年に、ヒッグスとは独立に提唱していた。

ヒッグス機構では、宇宙の初期の状態においては全ての素粒子は自由に動き回ることができ、質量を持たなかったが、低温状態となるにつれ、ヒッグス場に自発的対称性の破れが生じ、真空期待値が生じた（真空に相転移が起きた）と考える。これによって、他のほとんどの素粒子がそれに当たって抵抗を受けることになった。これが素粒子の動きにくさ、すなわち質量となる。質量の大きさとは、真空期待値が生じたヒッグス場と物質との相互作用の強さであり、ヒッグス場というプールの中に物質が沈んでいるから質量を獲得できると見なす。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。

ヒッグス粒子の存在が意味を持つのは、ビッグバン、真空の相転移から物質の存在までを説明する標準理論の重要な一部を構成するからでもある。もしヒッグス粒子の存在が否定された場合は、標準理論（および宇宙論）は大幅な改訂を迫られることになる。

マスメディアによるニュース報道等では「対称性の破れが起こるまでは質量という概念自体が存在しなかった」などと紹介されることがあるが、これは正確ではない。電荷、フレーバー、カラーを持たない粒子、標準模型の範囲内ではヒッグス粒子それ自体および右巻きニュートリノはヒッグス機構と関係なく質量を持つことが出来る。また、重力と質量の関係、すなわち重力質量発生の仕組みは空間の構造によって定められるものであり、標準模型の外部である一般相対性理論、もしくは量子重力理論において重力子の交換によって説明されると期待される。

標準模型

標準模型のうち、電弱相互作用を説明する部分のワインバーグ＝サラム模型においてヒッグス機構が用いられている。ワインバーグ＝サラム模型はウィークボソンに質量があることが無理なく説明でき、しかもWボソンとZボソンの質量比が実験結果と一致するため、素粒子の標準模型の主要な部分をなしている。

標準模型のヒッグス場は SU(2)_L×U(1)_Y の下で

$\Phi ={\begin{pmatrix}\Phi _{1}\\\Phi _{2}\\\end{pmatrix}}$

ヒッグス場のポテンシャル。シャンパン・ボトルの底の形をしている。

イギリスの新聞『ガーディアン』の科学担当記者が他の呼称を募集したが、応募された多くの候補の中から選ばれた最も妥当な名前は「シャンパン・ボトル・ボソン」である。ヒッグス・ポテンシャルの形がシャンパン・ボトルの底（パント）の形状に似ているためで、物理の講義でもよく説明に使われる。「シャンパン・ボトル・ボソン」という呼称は「神の粒子」という呼称ほどにはインパクトはないが、覚えやすく、多くの物理学的議論に関連がある。シャンパン・ボトルの底の形は、例えば、ハドロンに質量を与える南部理論（カイラル対称性の自発的破れ）に現れる。また、カイラル対称性の自発的破れのアイディアは、南部が超伝導の理論であるBCS理論に触発されたものだが、BCS理論に出てくるポテンシャルもシャンパン・ボトルの形である。

参考文献

• M. E. Peskin, D. V. Schroeder (1995). An Introduction to Quantum Field Theory. Westview Press. ISBN 978-0-201-50397-5 
• S. W. Weinberg (1996). The quantum theory of fields. Vol. 2. Cambridge University Press. pp. 295-354 
• P. アトキンス、斉藤隆央 訳、『ガリレオの指 -現代科学を動かす10大理論-』、pp. 235-236、早川書房 2004（原書：P. Atkins, Galileo's Finger -The Ten Great Idea of Science, Oxford University Press 2003）、ISBN 4152086122
• 『ヒッグス粒子―神の粒子の発見まで』ジム バゴット（Jim Baggott）著、小林富雄訳、東京化学同人、2013年。ISBN 480790826X

関連項目

• 素粒子物理学
• ワインバーグ＝サラム理論
• 標準模型
• 場の量子論
• ゲージ理論
• 重力子 - 重力を媒介するとされる未発見の素粒子。
• 暗黒物質
• ヒッグス場入門
• どこでも効果

外部リンク

• ウィキニュースに関連記事があります。ヒッグス粒子、「発見の兆候」 - 欧州の研究機関 (2011年12月14日)

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ヒッグス粒子

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/04/27 02:19 UTC 版)

「標準模型」の記事における「ヒッグス粒子」の解説

標準模型では、ヒッグス機構により電弱対称性が自発的に破れる。一般に場の揺らぎは粒子として解釈されるが、ヒッグス場の4つある揺らぎの自由度のうち3つは、WボソンとZボソンが質量を持つことに伴い、その縦波成分として吸収される。残りの1自由度は、スピン0のスカラー粒子であるヒッグス粒子としてあらわれる。2012年7月にジュネーブ郊外の欧州原子核研究機構 (CERN) で行われているLHC実験により新粒子の発見が発表された。この新粒子の性質はヒッグス粒子と良く一致しており、その後のスピン-パリティ観測、崩壊後粒子の信号強度の検証により標準模型におけるヒッグス粒子、およびこれを内包する理論によるヒッグス粒子であることが認定された。

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「ヒッグス粒子」の例文・使い方・用例・文例

• 彼らはヒッグス粒子探索のためにスーパーコライダを建造する計画を立てた。
• ヒッグス粒子という,ゲージ対称性の破れを引き起こす素粒子
• 両氏は，1964年にヒッグス粒子の存在を理論化したことで受賞が決まった。
• ヒッグス粒子は，素粒子がどのようにして質量を得るかを説明する上で重要だ。
• 今年３月，スイスの欧州合同原子核研究機関で行われた実験を通してヒッグス粒子の存在が確認された。
• 陽子同士が衝突したときにヒッグス粒子が見つかった。
• ヒッグス粒子は瞬時に他の素粒子へと崩壊した。