物質の構成要素をよりミクロスケールへと分解していくと、最終的には素粒子と呼ばれる基本構成要素にいきつきます。今日では素粒子の「標準模型」と呼ばれる理論が確立し、「重力相互作用」を除く全ての相互作用、すなわち「電磁相互作用」「弱い相互作用」「強い相互作用」を標準模型によって理解することができます。
福嶋健二研究室では、標準模型、特に量子色力学（りょうしいろりきがく）と呼ばれる理論で記述される「強い相互作用」の理論研究を行なっています。
Q" 量子色力学というのは、量子電磁力学の親戚のような理論なんですが、量子電磁力学というのが元々ありまして、それが電子と光、フォトンですね、の間の基礎理論になるような量子的な効果まで入れた基礎的な理論なんです。それに対応するもので、クオークとグルーオンの間の相互作用を記述する本質的な理論が量子色力学です。"
物質の基本構成要素であるクォークとグルーオンは、単体で取り出す事が不可能なため実験的に観測されたことがありません。この性質を「カラー閉じ込め」と言います。
量子色力学による「カラー閉じ込め」の理論的証明は未解決問題であり、クレイ数学研究所のミレニアム懸賞問題のひとつにも挙げられています。
Q" 非常に温度の高い物質や、密度の高い物質、非常に特殊な環境を考えると、クオークやグルーオンの重要度は単体を取り出せるわけではないんですが、その自由度が解放されて染み出して来る。クオークやグルーオンが全体としてしみ出した、スープみたいな物質ができるんです。それがクオーク・グルーオン・プラズマと呼ばれるもので、私達の研究室ではクオーク・グルーオン・プラズマの性質を研究しています。"
2兆度を超える超高温物質、クォーク・グルーオン・プラズマの中では、質量の起源とされるクォーク凝縮が溶解し、物質の質量がほとんどゼロになります。
クォークやグルーオンの自由度が解放される「カラー非閉じ込め」転移と、物質の質量がゼロとなる転移との二つの関係性は長らく理解されていませんでしたが、2003年に福嶋研究室により提唱された理論模型により初めて簡明な説明を与える事ができ、今日では、クォーク・グルーオン・プラズマ研究で、最も広く利用される理論的ツールのひとつとなっています。
Q" 我々の興味としては、我々の身の回りにある質量はどこから来るのかという事です。先程申し上げたような、強い相互作用の基礎理論である量子色力学を解けば自然と出て来るわけですね。量子色力学というのは１行で書けるような簡単な理論なんですが、その理論を解くと我々の身の回りの質量の98％くらいが説明できてしまうわけです。
これさえ解けば世の中の98％が説明できてしまうのは素晴らしいことです。そういう事に対する純粋な憧れの気持ちを大事にして、科学と何かに役に立つとか、世の中が便利になるとか、そういった事を離れて純粋に憧れの気持ちで、科学に取り組んでみるのもいいんじゃないか、と私は思っています。"
6 сен 2024
