ストレンジネス

ストレンジネスとは

素粒子物理学において、ストレンジネス（英: strangeness、S）は、パーティクルの特性を示す量子数の一つです。この量子数は主に、強い相互作用や電磁相互作用によって起こる粒子の崩壊の性質を把握するために使用されます。ストレンジネスは次のように定義されます：

$$
S = -(n_{s} - n_{ar{s}})
$$

ここで、

• - $n_{s}$: ストレンジクォークの数
• - $n_{ar{s}}$: 反ストレンジクォークの数

のように、ストレンジネスはストレンジクォークとその反粒子である反ストレンジクォークの数の差から算出されます。

ストレンジネスの保存

研究によれば、ストレンジネスは強い相互作用および電磁相互作用の場合には保存されますが、弱い相互作用においては保存されないことが明らかになっています。これにより、ストレンジクォークを含む最も軽い粒子は強い相互作用で崩壊することはなく、代わりに非常に遅い崩壊速度を示す弱い相互作用によって崩壊すると考えられています。この崩壊の過程では、ストレンジネスの値が一単位だけ変化することが一般的ですが、K0およびK0中間子の混合においては必ずしもそうとは限りません。

歴史

ストレンジネスという概念は、1950年代のクォーク発見以前に遡ります。特に、マレー・ゲルマンと西島和彦によって新たな概念として導入されました。西島は、エータ荷やエータ中間子という言葉を用いてこの概念を説明していました。ハドロンが素粒子として認識されている頃、加速器や宇宙線による実験で新しい粒子の発見が続いており、その中で特定の粒子が粒子-反粒子のペアとして観測されました。このことから、未知の物理法則が働いているのではないかと考えられました。

とりわけK中間子や特定のハイペロンといった粒子は、実験的に容易に生成されるものの、予測されるよりも崩壊速度が遅いことが分かりました。この現象を説明するために、ストレンジネスという新しい保存量が導入されたのです。ストレンジネスは粒子の生成反応では保存されますが、崩壊反応においては保存されないとされ、これが後にストレンジクォークの特性を理解する手助けとなりました。

初期には、正の電荷を有する粒子K+に正のストレンジネスが与えられていましたが、後にK+が正の電荷を持つ反ストレンジクォークで構成されていることが判明しました。その結果、負の電荷を持つストレンジクォークには負のストレンジネス（-1）が割り当てられることとなり、クォークの電荷と同じ符号のフレーバー量子数が定められるようになりました。これは、荷電中間子が持つ全てのフレーバーがその電荷と同じ符号を持つという慣習が形成される基盤となりました。

関連項目

• - ストレンジクォーク
• - ハイペロン
• - ハイパー核

このように、ストレンジネスは素粒子物理学において重要な役割を果たしており、粒子間の相互作用や崩壊過程を分析するための基本的な枠組みを提供しています。

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