ローレンス・クラウス 「偉大なる宇宙の物語」メモ
ローレンス・クラウス 「偉大なる宇宙の物語」メモ
第１６章 存在の耐えられる重さ：対称性は破られ、物理は固められる
＜ゲージ理論の特性＞
・空間内の各点で、系の観測可能な物理特性をいっさい変えることなく、電荷の正と負の定義を変えられる。
・その条件は、電磁場が電磁相互作用していられること、電磁場がその新しい局所的変化のふさわしい原因となるよう変化できること。
・対称性の矛盾しない特定の局所的な電荷の定義と場を使い、どんなゲージでも数学的計算が可能となる。
・対象変換は、あるゲージから別のゲージへの移行を可能にする。
・異なるゲージでは理論が異なってみえても、この理論の対称性により、物理的に観測可能なあらゆる量の計算が、確実にゲージの選択と無関係にできる。
・計算が容易になるのであればどのゲージを選んでもかまわない。
・他のゲージで計算しても、物理的に観測可能な量については同じ予言に達するはず。
・ゲージ対称性をともなう場の量子論の枠内での対称性の自発的破れは、ゴールドストーンの定理を未然に回避し、質量のない粒子を残すことなく、強い核力を仲介するかもしれないベクトルボソンに質量を与える。
・強い核力はあ対称性が自発的に破れるからこそ短距離。
・ゴールドストーンの定理により予言されていた本来的には質量のないモードが、新たな質量のある光子の追加偏極の自由度になっていた。
・アンダーソンの非相対論的な超伝導についての論が、そのまま相対論的な量子場に持ち越された。
→宇宙は超伝導体のようにふるまえる。
＜ヒッグスボソン＞
・質量のないスカラー粒子（ゴールドストーンボソン）を取り去り、質量のあるベクトル粒子（質量のある光子）を得ることができる一方で、対称性を破ったそもそもの原因である場の凝縮に関連する、その場の痕跡のような、質量のあるスカラー（スピンのない）ボソンもあわせて存在する。
→ヒッグスボソン
第３部
第１７章 正しい時間に間違った場所で・質量のないベクトルボソンが光子で、質量のある粒子が弱い相互作用を仲介する。
・弱い相互作用と電磁相互作用は、統一された一組のゲージ理論で記述可能。
・あるものは電磁相互作用に相応し（対称性は破られていない）、あるものは弱い相互作用に相応する。
・ゲージ対称性が破られた結果が、その相互作用を仲介するいくつかの質量のある粒子。
・その場合、われわれの住む世界は、まさしく超伝導体のようなもの。
・弱い相互作用が弱いのは、現在の宇宙の場の基底状態が、本来ならば弱い相互作用の対称性を支配するゲージ対称性を破っているという偶然のせい。
・われわれが感知する世界において、破れているゲージ対称性と破れていないゲージ対称性があるのは単なる偶然によるもの。
・弱い相互作用は電子をニュートリノに変える
・電荷をもつベクトルボソンはＷ+粒子、Ｗ-粒子。
・弱い相互作用により混じり合うのは左巻きの電子とニュートリノ。
・ある種のゲージ対称性は、左巻きの粒子とＷ粒子との相互作用だけを支配すると考えられた。
・右巻きの電子と左巻きの電子はともに光子と相互作用するので、電磁力のゲージ対称性を組み込むには、左巻きの電子が光子のほかに電荷をもった新しいＷ粒子とも相互作用しつつ、右巻きの電子は光子とだけ相互作用して、Ｗ粒子とは相互作用しないかたちでなければならない。
→追加の中性のウィークボソンがあって、右巻きの電子も左巻きの電子も光子と相互作用するほかに、この中性（電荷ゼロ）のボソンとは相互作用する。このボソンはＺ粒子。
・弱い相互作用を支配する対称性が自発的に破れるには、空っぽの空間の中に「凝縮」を形成する新しい場の存在が必要。
・この場に関連する素粒子が質量を持つヒッグス粒子。
・ゴールドストーンボソンの卵はＷボソンとＺボソンに食われて質量を持つようになり、質量のないゲージボソンは光子しか残らない。
・ヒッグス粒子は電子とも相互作用するので、凝縮が形成されれば、その効果がＷ粒子やＺ粒子とともに電子にも質量を与える。
・弱い力を仲介し、その力の強さも決定するゲージ粒子の質量を説明するだけでなく、同じヒッグス場により電子に質量が与えられる。
・ヒッグス粒子は電子とだけでなく、弱い相互作用に関わる別の粒子とも結合する。
・ヒッグス場の凝縮がなければ、それらの粒子も、陽子も、それを構成する粒子、ミュー粒子も、すべての粒子が質量を持たなくなる。
・われわれの存在を許しているこの宇宙の特徴も、すべてヒッグス場の凝縮の性質に依存する。
・それは特別なものではなく、ただの偶然の産物。
