19《物質の起源──10億対“10億＋1”の割合での反物質に対する物質の優位性》


　従来の物理学パラダイムは、宇宙開闢後まもない頃に、10億の“物質＆反物質のペア”の対消滅に対して、1の割合で生き残った物質が、現在のすべての物質の起源であると説明しています。そのことの詳細は、次の記述からわかります。

　このような状況にある、「10億の“物質＆反物質のペア”の対消滅に対して1つの割合で物質が生き残った」ことについて、素スピノル物理学パラダイムによって、どのように説明できるでしょうか？
　それを以下に示します。



　まず、主要な粒子の“組成”を、“プレオン∴が持つ電荷”を最小単位にして、表示してみます。

　われわれの星や銀河を構成する「物質（粒子）」が優位になるためには、“プレオン∴の存在比率”が、例えば、“＋ < −であればよい”ということにはなりません。なぜなら、“＋ < −”だとすれば、（陽電子に比べて）電子が多数派になると同時に、（陽子やアップクォークに比べて）反アップクォークおよび、反陽子の方も多数派になるからです。
（また、例えば、“0 < 0であればよい”ということにもなりせん。 なぜなら、“0 < 0”だとすれば、（反中性子に比べて）中性子が多数派になると同時に、（アップクォーク比べて）反アップクォークや（電子ニュートリノに比べて）反電子ニュートリノの方も多数派になるからです）


　よって、プレオン∴の存在比率が、「＋ ＝ −」「0 ＝ 0」であるという条件の中で、われわれの星や銀河を構成する「物質（粒子）」が優位になるためには、“電子と陽子が同時に多数派になる”ことを考える必要があることがわかります。
　それでは、“電子と陽子が同時に多数派になる”ことは、どうしたら可能になるのでしょうか？

　まず、『この宇宙においては、正の電荷を持つ粒子に対して負の電荷をもつ粒子が必ず存在し、全体としての電荷はぴたりとゼロになっている』（『宇宙の素顔』p.175　マーティン・リース　青木薫訳　講談社ブルーバックス）とのことなので、電子と陽子は、同数存在すると考えるのが自然です。
　さらに、電子と陽子の構造を並べて見ますと──

　電子と陽子が全く別々のルートで作られることによって、たまたま同数に至ったとは考えにくいのに関わらず、『全体としての電荷はぴたりとゼロに』なるべく、同数に至ったはずであることがわかります。
　よって、素スピノル物理学パラダイムは、次の仮説を立てます。

　仮説2-19.1　すべての電子と陽子は、電荷がトータルで0であるからこそ同量生じた。

　この仮説により電子と陽子が同数存在することを説明できます。

　本当に、この仮説のようなことがありうるのでしょうか？
　以下に説明します。



　そもそも、宇宙開闢直後は、すべてが、プレオン∴ヒッグス場ユニットであったと考えられます。これが言わば、物質の起源そのものです。
　　（参考　成果2　18《“インフラトン”の起源》）

　その後、ビッグバンにともなう大きな運動エネルギーをベースにして、一部のプレオン∴ヒッグス場ユニットから、アップクォーク＆アップクォーク、ダウンクォークや反ダウンクォークが対称的に（同数ずつ）生成したと考えられます。

　こうして対称的に生じたクォークは、大きな運動エネルギーを持ち続けていますので、単に対消滅して、アップクォークヒッグス場ユニットやダウンクォークヒッグス場ユニットが生成されるのみならず、高世代のストレンジクォークsや反ストレンジクォーs、ボトムクォークb、反ボトムクォークb、チャームクォークcや反チャームクォークc、トップクォークt、反トップクォークtを対称的に（同数ずつ）生成すると考えられます。

※加速器で、“ヒッグス粒子”をたたき出す実験の中で、観測されるものの中に、第2世代、第3世代の素粒子の“粒子と反粒子のペア”が含まれることがあります。
　これは、ヒッグス場の構成物の中に、第2世代、第3世代の素粒子が、そのまま含まれているという意味ではなく、その加速器で“たたき出そう”とする際の高いエネルギー状態の中で、低世代の素粒子＆低世代のヒッグス場を材料にして、高世代の素粒子が新たに生成したことを意味していると解釈すると、つじつまが合います。（20《ヒッグス場ユニットと観測されたヒッグス粒子》）
　加速器で“ヒッグス粒子”をたたき出す実験の中で、“ボトムクォークと反ボトムクォークのペア”のように、粒子と反粒子が対称的に生成していることは、高エネルギー状態で、低世代を材料にして、高世代が対称的に合成されるという考えを支持していると解釈できます。

※ヒッグス場ユニット由来の四極子から、1つのスピノルを取り除くだけで、各種の高世代ができると考えられますが、より実際的には、（ヒッグス場ユニットの1つから1つのスピノルが取り除かれることが“単独で”起きるのではなく）ヒッグス場ユニットの“1つ”から、1つのスピノルが取り除かれることが“二重に”起きると考えられます。それにより、トータルで、粒子と反粒子のペアに相当するものが取り除かれることになり、そういった形によってこそ、対称的に高世代が生じることが達成できると考えられます。


　それは、宇宙開闢後まもない高エネルギー（大きな運動エネルギー）にもとづいて、もともと、全く数量も構造も同じ（対称的な）材料から、第1世代を材料にして、（後天的に）第2世代、第3世代が、等しい数ずつ合成されるということです。

　具体的には、例えば、ダウンクォークからの高世代の生成数と、反ダウンクォークからの高世代の生成数は、まったく等しく対称的であると考えられます。すなわち、

　において、「第1世代ダウンクォークd→第2世代のストレンジクォークs→第3世代のボトムクォークb」の過程での生成数と、「第1世代反ダウンクォークd→第2世代の反ストレンジクォークs→その第2世代の反ボトムクォークb」の過程での生成数は、等しくなると考えられます。

　その後、弱い力（弱い相互作用）によって、第3世代、第2世代といった高世代が分解されます。

　ボトムクォークbやストレンジクォークsの中のダウンクォークdを、アップクォークuに変える際には、W⁻ボソン（電子＆反電子ニュートリノ）を放出するような弱い力（弱い相互作用）が働きます。

　一方、反ボトムクォークbや反ストレンジクォークsの中の反ダウンクォークdを、反アップクォークuに変える際には、W^＋ボソン（陽電子＆電子ニュートリノ）を放出するような弱い力（弱い相互作用）が働きます。


　物質の数が反物質の数を上回るべく、『アップクォークu>反アップクォークu』、『ダウンクォークd>反ダウンクォークd』、『電子e⁻>陽電子e^＋』となったのは、弱い力（弱い相互作用）が（W⁻ボソンの放出をともなうものと、W^＋ボソンの放出をともなうものとの間で非対称的に働いたからです。

　よって、素スピノル物理学パラダイムは、これらの両方の高世代の分解において、どちらがより起こりやすいかについて次の仮説を立てます。

　仮説2-19.2　第3世代のボトムクォークbの方が、反ボトムクォーbより、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。

　この仮説により、生成するアップクォークuの数が、生成する反ダウンクォークuの数より多くなります。

　頻度が「ボトムクォークbにおけるβ崩壊」>「反ボトムクォークbにおけるβ崩壊」となる様子は、次のようになります。

　したがって、『アップクォークuの数が、反アップクォークuを上回るかどうか』という問題は、『「ub」と「ub」の崩壊は、どちらが起こりやすいか』という問題に行き着きます。

　この『「ub」と「ub」の崩壊は、どちらが起こりやすいか』という問題は、『「K⁻＝us」と「K^＋＝us」の崩壊は、どちらが崩壊しやすいか』や『「K⁰＝ds」と「K⁰＝ds」の崩壊は、どちらが崩壊しやすいか』という「CP対称性の破れ」に関する問題の一種であることに気づかれます。

　つまり、生成する『アップクォークuの数が、反アップクォークuを上回るかどうか』という問題は、「CP対称性の破れ」に関する問題に帰着するのです。


※なお、「ストレンジクォークsにおけるβ崩壊」と「反ストレンジクォークsにおけるβ崩壊」のどちらが起きやすいかについても、同様に次の仮説を立てることができます。

　仮説2.19.3　第2世代のストレンジクォークsの方が、反ストレンジクォークsより、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。

　これにより、やはり、生成するアップクォークuの数が、生成する反アップクォークuの数より多くなります。

　その様子ついては、次のようになります。

　ここまでは、アップクォークuが、反アップクォークuより、優位になることの説明でした。
　ここからは、ダウンクォークdが、反ダウンクォークdより、優位になることを説明します。

　アップクォークuからの高世代の生成数と、反アップクォークuからの高世代の生成数も、まったく等しく対称的であると考えられます。
　すなわち、

　において、「第1世代アップクォークu→第2世代のチャームクォークc→第3世代のトップクォークt」の過程での生成数と、「第1世代反アップクォークu→第2世代の反チャームクォークc→第3世代の反トップクォークt」の過程での生成数は、等しくなると考えられます。

　その後、弱い力（弱い相互作用）によって、第3世代、第2世代といった高世代が分解されます。

　トップクォークtやチャームクォークc の中のアップクォークuを、ダウンクォークdに変える際には、W^＋ボソン（陽電子＆電子ニュートリノ）を放出するような弱い力（弱い相互作用）が働きます。

　一方、反トップクォークtやチャームクォークcの中の反アップクォークuを、反ダウンクォークdに変える際には、W⁻ボソン（電子＆反電子ニュートリノ）を放出するような弱い力（弱い相互作用）が働きます。


　素スピノル物理学パラダイムは、これらの両方の高世代の分解のどちらがより起こりやすいかについて、やはり、次のような仮説を立てます。

　　仮説2.19.4　第3世代のトップクォークtの方が、反トップクォーtより、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。
　　仮説2.19.5　第2世代のチャームクォークcの方が、反チャームクォーcより、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。

　これらの仮説により、生成するダウンクォークdの数が、生成する反ダウンクォークdの数より多くなります。

　その様子は、次のようになります。
　まず、トップクォークと反トップクオークの崩壊に注目した場合です。

　次に、チャームクォークと反チャームクォークの崩壊に注目した場合です。

　いずれにせよ、「CP対称性の破れ」によって、ダウンクォークdの生成数が反ダウンクォークdの生成数を上回ると説明できます。


　つまり、「低世代を材料にした高世代の対称的な合成」と「CP対称性の破れ」のしくみにより、『アップクォークu>反アップクォークu』、『ダウンクォークd>反ダウンクォークd』という形で、物質の数が反物質の数を上回ることが可能になるのです。


　ただし、次のような記述があるのでした。

　この『宇宙における不均衡の程度を1とすれば、同理論で説明がつく割合は、1000兆分の1以下だ。』という記述は、次の仮説だけでは、「物質が反物質より優位になることを説明するためには、まだ十分ではないことを示しています。

　仮説2-19.1　すべての電子と陽子は、電荷がトータルで0であるからこそ同量生じた。

　仮説2-19.2　第3世代のボトムクォークb（−1/3）の方が、反ボトムクォーb（＋1/3）より、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。
　仮説2.19.3　第2世代のストレンジクォークs（−1/3）の方が、反ストレンジクォークs（＋1/3）より、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。
　仮説2.19.4　第3世代のトップクォークt（＋2/3）の方が、反トップクォーt（−2/3）より、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。
　仮説2.19.5　第2世代のチャームクォークc（＋2/3）の方が、反チャームクォーc（−2/3）より、弱い力（弱い相互作用）によって崩壊しやすい。



　そこで、次の記述がヒントになることに気づきました。

　この記述から、ビッグ・バン直後のような「高温高密度の状態では衝突によって頻繁に粒子と反粒子の対生成が起きる」のにともなって、頻繁に「高世代が作られては、崩壊して、低世代に戻る」ことを繰り返したと考えられることがわかります。
　このように「低世代←→高世代」の変化を何度も繰り返すのであれば、「クォークのCP対称性の破れ」だけで、物質が反物質を上回るレベルが、現在の“10億対1”に達することが説明できます。
　よって、素スピノル物理学パラダイムは、次の仮説を立てます。

　仮説2-19.6　「高エネルギー状態で、低世代を材料にして対称的に合成されうる高世代が「CP対称性の破れ」によって非対称的に分解されること」を、何度も繰り返した結果、物質が反物質よりも優位になることが、今のレベルまでに至った。


　この仮説により、「クォークのCP対称性の破れ」だけで、物質が反物質を上回るレベルが、現在の“10億対1”に達することが説明できます。



　以上の仮説で、“電子と陽子の数が等しくなる”ことを説明できるでしょうか？
　確かめてみましょう。

　まず、簡単に整理してみます。

　1つのアップクォークuが優位になると同時に、電子e⁻と反電子ニュートリノν_eも、1つずつ優位になります。
　1つのダウンクォークdが優位になると同時に、陽電子e^＋と電子ニュートリノν_eも、1つずつ優位になります。

　さらに、材料と電荷を考慮して整理すると次のようになります。

　ところで、『仮説2-19.1　すべての電子と陽子は、電荷がトータルで0であるからこそ同量生じた。』があるのでした。
　したがって、「アップクォークuが1つ優位になる過程」と「ダウンクォークdが1つ優位になる過程」の両方の過程を合計すると、それらの過程を通じて、常に、トータルの電荷が“0”であるはずです。

　すなわち、「アップクォークuと電子e⁻の1つずつ（トータルの電荷が−1/3）が優位になる過程」は、「ダウンクォークdと陽電子e^＋の1つずつ（トータルの電荷が＋2/3）が1つ優位になる過程」の2倍の頻度で生じているはずです。

※一般に、2n個のアップクォークuが優位になる場合、同時に、n個のダウンクォークdも優位になるはずです。
　（よって、これらの材料から陽子（uud）がn個生成します）
　なお、同時に、2n個の電子、n個の陽電子、2n個の反電子ニュートリノν_e、n個の電子ニュートリノν_eが優位になるはずです。
　この場合、生じる電荷だけに着目すると、陽子（uud）n個分の＋n、電子n個分の−n（なお、n個の陽電子とn個の電子は打ち消し合います）ということになり、トータルの電荷は、確かにぴったり0になっています。
　例えば、120個のアップクォークuが優位になる場合、同時に、60個のダウンクォークdも優位になるはずです。
　（よって、これらの材料から陽子（uud）が60個生成します）
　なお、同時に、120個の電子、60個の陽電子、120個の反電子ニュートリノν_e、60個の電子ニュートリノν_eが優位になるはずです。
　この場合、生じる電荷だけに着目すると、陽子（uud）60個分の＋60、電子60個分の−60（なお、60個の陽電子と60個の電子は打ち消し合います）ということになり、トータルの電荷は、確かにぴったり0になっています。





　つまり、トータルの電荷が“0”である条件である「アップクォークuは、ダウンクォークdのぴったり2倍だけ優位になること」が満たされる結果、陽子と電子が等量だけ優位になるのです。

　それは、『仮説2-19.1　すべての電子と陽子は、電荷がトータルで0であるからこそ同量生じた。』によって、“電子と陽子の数が等しくなる”ことを説明できたことを意味します。


※その後、高エネルギー＆高圧高密度の状況で、一部の電子は、陽子に取り込まれて、中性子になるでしょう。
　その過程においても、当然、トータルの電荷は保存されています。


　以上が、『仮説2-19.1　すべての電子と陽子は、電荷がトータルで0であるからこそ同量生じた。』がありうることの詳しい説明です。



　以上の説明を要約すると次のようになります。

※この説明によれば、少なくとも、第2世代、第3世代といった高世代は、物質が反物質を上回るために必要不可欠な存在であったことになります。
　つまり、「物質を存在させること」、それこそが、高世代の存在意義であったことになります。

※この説明について、当然、既存の「CP対称性の破れ」の観測結果とつじつまが合うかどうかを含め、詳細な検討は、今後の課題です。




　素スピノル物理学パラダイムの以上の説明が正しければ、物質になりそこねて対消滅したとされる、残りの“物質＆反物質（粒子＆反粒子）の10億のペア”は、決してどこへもいかず、各種のヒッグス場ユニットとなることになります。
　すなわち、例えば、打ち消し合った、クォークと反クォーク、電子と陽電子、電子ニュートリノと反電子ニュートリノは、それぞれ、クォークヒッグス場ユニット（uHU、dHU）、電子ヒッグス場ユニット（eHU）、ニュートリノヒッグス場ユニット（ν_eHU）を構成することになります。

　素スピノル物理学パラダイムは、次の結論に至ります。

　結論2-19.1　 物質になりそこね、消滅したと言われる“物質＆反物質（粒子＆反粒子）の10億のペア”は、ヒッグス場ユニットの“4面体”として、真空をびっしりと占める。


　この結論は、真空とは、エネルギーが最低の状態であると言われていることとも調和しています。
　この結論によれば、物質＆反物質（粒子＆反粒子）のペアは、決して、“完全消滅”したのではなく、各種の3次ヒッグス場ユニット（クォークヒッグス場ユニット（uHU、dHU）、電子ヒッグス場ユニット（eHU）、ニュートリノヒッグス場ユニット（ν_eHU））を構成し続けていることになります。

※なお、物質や反物質になり損ねた、プレオン∴ヒッグス場ユニット（2次ヒッグス場ユニット）は、ダークマターとなります。
　素スピノルで構成される原始ヒッグス場ユニット（1次ヒッグス場ユニット）は、重力子や光子を創発します。


　このように、真空を担う各種のヒッグス場が、実体で構成されているからこそ、“真空”は、いつでも一時的なエネルギーを得ることさえできれば、すぐに各種の粒子（ときに仮想粒子）を生成させうるのです。

　例えば、“力を伝える仮想粒子”は、この“真空をびっしり占めるようになった粒子＆反粒子のペアからなる”ヒッグス場ユニットから創発するものとして説明できます。

※この説明は、次の記述と部分的に調和しています。

※当然、この現在、凝縮している10億のペアは、将来、もし、新たな宇宙が生まれるのなら、その際、その材料として、再びリサイクルされるだあろうと考えられます。
　すなわち、新たな「第2世代、第3世代の対称的な合成」に参加する材料には、かつて、ヒッグス場ユニットを構成していたであろう（真空中で凝縮していたであろう）、物質の10億倍程度の数からなる物質＆反物質のペアも含まれると考えられます。
　厳密には、物質という材料、物質＆反物質のペアという材料は、ともに、すべてプレオン∴まで分解された上で、リサイクルされると考えられます。
　（成果5　素スピノル宇宙論）


※以上のようなしくみで、物質が優位となり、電子やクォークが登場してきていると説明できることは、（クォークが中間子や電子、ニュートリノに転換すること等による）陽子崩壊が不要であることも意味しています。　（成果4　3《大統一理論、陽子崩壊について》）
　この素スピノル物理学パラダイムによる「物質が反物質を上回ること」の説明は、次の記述と部分的に調和していると思います。

　素スピノル物理学パラダイムは、『適当な非平衡状態を実現するメカニズムがあれば、標準模型かその多少の修正の範囲でバリオン数生成が説明される可能性は十分ある』ことを支持していると同時に、『残念ながら今のところ標準理論のCP対称性の破れだけからは宇宙のバリオン数は説明できないと考えられている』状況を解消しうると思います。

木岬さんぽ