重力を伝える重力子とは何なのか?

素粒子のことを単純に物質の最も小さい構成要素と捉える人は多いでしょうが、実際には、素粒子には物質の元になっている粒子と力を伝える作用を持つ粒子の2種類に分かれています。

原子核の陽子や中性子を作り上げているクォークなどの素粒子は、物質のもっとも小さい構成要素でフェルミオン(フェルミ粒子)と呼ばれています。

一方、電磁力などを伝える光子などは、力を伝達する粒子としてボソン(ボーズ粒子)と呼ばれています。

物理学では現在、強い核力、弱い核力、電磁力、重力という4つの力が定義されていて、これらは何にも触れずに力が作用しているように見えますが、実際にはボソンという素粒子が作用してそれぞれの力を伝えています。

物理が定める自然界の4つの力と、それを伝える素粒子。
Credit:KEK 文部科学省・高エネルギー加速器研究機構

そして4つの力を伝えるボソンのうち、唯一見つかっていないのが重力を伝える重力子です。

これは存在するのは間違いないと考えられていますが、検出はできていません。

さきほど、ヒッグス粒子は光と相互作用しないため、光子が質量ゼロという話をしましたが、光子は質量を持ちませんが、ブラックホールには吸い込まれていまします。

重力レンズ効果というのは、質量の大きい物体の周りで光の動きが歪むことで生じる現象ですし、ブラックホールに極めて近い事象の地平面の内側へ入ってしまうと、光さえその重力から脱出することが不可能になります。

つまり光子はヒッグス粒子の影響は受けないものの、重力子からは確実に影響を受けていると考えられます。

こういう意味でもヒッグス粒子と重力子は異なるものです。

しかし、質量の大きいものから重力が生じているというのも事実です。

アインシュタインの相対性理論では、重力は空間の歪みとして記述されますが、これも量子論の世界で素粒子レベルの世界における最小の重力というものを考えた場合、うまく説明ができなくなります。

2次平面を使って重力を説明する時、なぜか3次元空間で働く重力の存在が必要になってしまう。何が空間を歪ませるのだろう?
Credit:depositphotos

そのため重力子という存在を発見し、その起源や伝達される原理を理解することは重要になってきます。

素粒子レベルでは重力はどのように生じているのでしょうか? そこに質量を生むヒッグス粒子はどのように関係しているのでしょうか?

まだまだ世界には多くの謎が残っています。

参考文献
重力とは何か アインシュタインから超弦理論へ、宇宙の謎に迫る
量子物理学の発見 ヒッグス粒子の先までの物語