２４ 場の量子論

２４　場の量子論【宇宙とは】宇宙との対話

２４－１　場とは？
○空間は場であり、粒子は場が励起されたもの。
※真空（何もない状態）とは、最もエネルギーが低い状態の場。
○場の量子論では、粒子（物質場）を調和振動子と考えて量子化する。そして、無限個の調和振動子の系として，理論が組み立てられる。
※バネにつながれて振動する物体の運動を「調和振動」と呼ぶ。


※場のイメージ[1]

○場の量子論は、特殊相対性理論と量子力学を組み合わせたもの。
・・・特殊と一般相対性理論の違いは重力のあるなしだけ。素粒子の世界では質量が小さいこともあり、重力の働きは他の力に比べてほぼ完全に無いに等しい。[2]
○量子力学は、場の量子論を低エネルギー状態に限った時の近似形 [3]
・量子力学は、粒子の生成・消滅等、粒子数の変化する現象に対しては使えない。[4]

○超弦理論が登場する以前に最も小さなスケールを記述した理論は場の量子論だった。

２４－２　場の種類と粒子 [5]
１）ゲージ場とゲージ粒子（力を媒介する粒子）・・・ボソン
　電磁場・・・光子
　弱い力（中性子のβ崩壊を起こす力）・・・Ｗボソン、Ｚボソン
　強い力（クォークを結びつける力）・・・グルーオン
重力場・・・重力子（グラビトン）

※ゲージ場を扱うゲージ理論（３＋１次元）は標準理論の基礎。
※重力場：重力を記述する手法としては、ニュートンの重力理論と一般相対性理論に基づく手法がある。[7]
※弦の一番エネルギーの低い状態がゲージ粒子。←超弦理論

２）物質場と物質粒子 


※物質粒子[8]

３）ヒッグス場(スカラー場)とヒッグス粒子・・・ボソン


※標準モデル [9]

２４－３　その他
○場の量子論は、素粒子論（素粒子の振る舞いを記述）・原子核物理学・物性論（臨界現象・相転移などの多体論的効果を記述）の基礎理論。[3]
○場の量子論は数学的に定式化されていない。[10]
○量子論と一般相対性理論を統合する理論が必要。[10]

【参　考】
1. Brian Skinner”A Children’s Picture-book Introduction to Quantum Field Theory” 20150820
http://www.ribbonfarm.com/2015/08/20/qft/
2. EMANの物理学・素粒子論・場の理論／やっぱり初めはラグランジアン
http://eman-physics.net/elementary/lagrangian.html
3.場の量子論 - Wikipedia 
4. 場の量子論 20130718
http://kscalar.kj.yamagata-u.ac.jp/~endo/kougi/QFT/QFT2013.pdf
5.ヒッグス粒子と質量の謎（ヒッグス粒子は何をするのか）
http://www.phys.u-ryukyu.ac.jp/~maeno/timeandspace2014/lec14_higgs.html
6.重力場 - Wikipedia 
7. active_galactic
http://d.hatena.ne.jp/active_galactic/20081029/1225217750
8. Higgs boson - Wikipedia
9.大栗博司”宇宙の数学とは何か“200907