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41246 story

E=mc^2が量子色力学の理論を用いて素粒子レベルで証明される 51

ストーリー by hylom
質量は本当にエネルギーだった、 部門より
cyber205の日記 曰く

欧州物理学チームが、特殊相対性理論の「E=mc2」をついに証明したそうです。

この式は、もはや知られすぎていて常識だと思っていたのですが、陽子や中性子の質量を形成している実態は何なのかについて研究していたグループが、スーパーコンピュータを使ってその謎に挑み、クォークとグルーオンの動きや相互作用によって発生するエネルギーが陽子や中性子の質量の実態であると突き止め、あの有名な式から導かれる質量が、これまで存在が確認できなかった95%分の質量を埋めていると証明したのだそうです。

陽子や中性子はクォークがグルーオンで結束されてできた粒子ですが、単体だとグルーオンには質量がなく、クォークの質量も陽子や中性子が持つ質量の5%にしかならず、残りの95%の質量がドコから来るのか今まで謎だったのだとか。
この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • by Anonymous Coward on 2008年11月25日 20時28分 (#1461745)
    まず、E=mc2自体は相対性原理を認めると低速極限でのエネルギーとして
    自動的に出てくる。だから相対論の枠組みの中では証明も何もなく自明。

    次に、エネルギーと質量の等価性を疑っている人はまずいない。何せ実験事実は山ほどある。
    だから別に今回証明とかそんなことは全くない。

    今回の計算は量子色力学(QCD)に基づいているけど、そもそもQCD自体が相対論的量子力学だから
    前述の式なんぞは内包している。

    というか論文読みゃわかるとおり、今回のは「(摂動論が使えないから計算が難しい)QCDの計算を、
    格子QCDの手法で頑張って計算したら実測値と一致しました。QCDやっぱり正しい!」って論文
    であって、E=mc2なんて欠片も関係無ぇ。

    当然論文中でも質量とエネルギーの等価性なんぞは前提条件だから、質量としてダイレクトに
    計算されたエネルギーが書いてある。

    とりあえず元論文に至る流れを簡単に書けば、

    ・元々はクォーク等は質量ゼロ。
    ・ヒッグス機構を通して質量を獲得するが、それは実際の質量の2%程度。
    ・残りはカイラル対称性の自発的破れで獲得できるはず。
    ・ただしQCDは摂動論が使えず解析的に解けないので、何らかの手法での計算が必要。
    ・格子QCDだと結構計算コストが安く済む。
    ・で、今回しっかり計算したら精度よくあいました。QCDが正しい証拠がまた一つ。

    ということ。いったいどこから元記事のような頓珍漢な話が出てきたのやら。
    • by Anonymous Coward on 2008年11月25日 21時17分 (#1461780)
      >・格子QCDだと結構計算コストが安く済む。
      何を持って安いとするかにもよりますが、筑波大は専用のスパコン使ってやってますね。
      あと、カイラル対称性を保った(破れるけど)QCDの格子上での定式化はいろいろ困難があって、
      理論的に定式化されたのがたぶん十数年前くらい。計算機で数値計算ができるようになったのはつい最近ですね。
      この辺はKEKのグループもやってたはずなんですが、
      http://www.kek.jp/newskek/2006/marapr/supercomputer.html [www.kek.jp]
      この欧州のグループがやったことはKEKと何か違うんでしょうか・・・
      親コメント
      • by dsch (35758) on 2008年11月25日 23時57分 (#1461884)
        10年くらい前、私が学生やってた頃は、
        メソン(クォーク+反クォーク)の格子 QCD 計算の話は良く聞きましたが、
        バリオン(クォーク3つ)の計算は聞いた事がなかったような気がします。
        ちょっとぐぐってみると、バリオンの計算結果が出てくるようになったのは、
        ここ数年くらいの事のようですね。ちょっと感慨深く思いました。

        親コメント
        • by Anonymous Coward
          あとは核子共鳴状態やもっと重いバリオンの質量や性質を説明できると面白そうですね。
    • by Anonymous Coward
      イーネ
      E=

      マサニカッキテキ
      mc2

      でありませんでしたっけ?
      • チャージ (スコア:3, おもしろおかしい)

        by 505 (12538) on 2008年11月25日 22時20分 (#1461818)
        あのCMを見るたびに、私の知り合いは
        「チャージなどさせるか!」
        とTVのチャンネルを替えちゃいます(笑)
        (ゼオライマーなんて覚えてる人いるんか?)
        親コメント
      • by Anonymous Coward
        イイエ
        E=

        マダコレカラ
        mc2

        と記憶しております。
    • by Anonymous Coward
      私も学部時代にやりました。
      格子での計算結果が、方程式のグラフと相似することで論文書きました。
  • by Technobose (6861) on 2008年11月25日 20時11分 (#1461738) 日記
    今回証明されたのは既存の学説を元にしたモデルを元にコンピュータ
    で計算してみたら、学説に矛盾なく現象を説明できたという段階です
    よね。
    今の段階では学説に、その学説が対象としている範囲内の現象を説明でき
    る能力があることを示しただけであり、何らかの実験で現象を再現し
    てみないと本当の意味での証明にはならないと思います。


    コンピュータのシミュレーションって、既存のモデルを元に現象を再現
    するものだから、使用する既存のモデルが確立していないと、計算して
    再現できた現象って、「こう理解すれば矛盾なく現象を説明できる」という
    仮説でしかないと思います。

    でも、宇宙の起源を理論が着々と整えられていくのはすごいですね。
  • むしろ誤報 (スコア:4, 参考になる)

    by okumura (15725) on 2008年11月25日 20時32分 (#1461747) ホームページ 日記
    QCDはもともと相対論の上に作られた理論なのでそれを使ってE=mc2が証明されたというのは話が変です。これはQCDで陽子の質量が正確に数値計算できるようになったということをマスコミが誤解しただけだと思います。
    • by nq (16642) on 2008年11月25日 22時17分 (#1461815) 日記
      本家コメント http://science.slashdot.org/comments.pl?sid=1037769&cid=25850451 [slashdot.org] には、共著者の一人が、完全にプレス文によってねじ曲げられてあんな記事になった、と書いています。

        原文の問題の部分 [www2.cnrs.fr]を見ると

      (前略)
      Et, contrairement à ce que l'on pourrait penser, la masse des quarks qui composent un proton ne représente que 5% de la masse de ce dernier. D'où proviennent donc les 95% restants ?

      Une équipe de physiciens français, allemands et hongrois vient de prouver que ces 95% résultent de l'énergie due aux mouvements des quarks et des gluons, et à leurs interactions. Une masse issue d'une énergie, c'est un résultat quelque peu déroutant, pourtant traduit par la célèbre formule d'Einstein E=mc2 énonçant l'équivalence entre masse et énergie. Jusqu'ici hypothèse, ce résultat est pour la première fois corroboré.
      となっています。最後の一文,「今まで仮説だったが,今回の結果が初めて確められた」と読めますが、その直前の文がE=mc2の説明なので、それが証明されたと読み間違えたのでしょう。正しくは、段落の最初の文に書かれている「その(陽子の質量の)95%は、クォークとグルーオンの運動エネルギーと相互作用による」という仮説が今回初めて確かめられた、というのが発表文の真意と思われます。
      親コメント
    • あれ,すでに同じことが書き込まれていました。重複すみません。
      親コメント
    • by Anonymous Coward
      ところで、陽子の質量が計算できるようになったということは、 ストレンジクォークとかトップクォークを含む核子の質量も 計算可能なのでしょうか?とか、世代間の質量の差に関しては 解明できるのでしょうか?謎です。
  • リンクのほうの数式が日記にコピーしたものと違っていて
    「E=mc?」になってますね。コピーペースト時のエラーかな。
  • by Anonymous Coward on 2008年11月25日 21時54分 (#1461801)
    Cって定数だから、C^2って定数ですよね?
    だったら、なぜC^2mって書かないの?
    • Re:ところで.... (スコア:1, おもしろおかしい)

      by Anonymous Coward on 2008年11月25日 23時25分 (#1461858)
      よく知られた運動エネルギーの式 E = mv^2 が先にあったので
      それに倣って速度 v → 光速度 c と置き換えたのかと思ってました
      親コメント
    • cは他の数式にも使うからじゃないか?
      c^2を仮にaとでも定義するなら、mc^2はmaで済むかもしれないが、他の数式でのcが「aの二乗根」になってしまう。
      結局cはcのままのほうが便利だという事になる。
      親コメント
    • Re:ところで.... (スコア:1, おもしろおかしい)

      by Anonymous Coward on 2008年11月26日 8時00分 (#1461961)
      C^m^2
      親コメント
    • by Anonymous Coward on 2008年11月26日 9時35分 (#1461985)
      確かに定数なんだけども、物理量だからかな。
      次元の記述の仕方に合わせるのが習慣なんじゃなかろうか。
      http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%A9%E7%90%86%E9%87%8F [wikipedia.org]

      質量の次元をM、長さをL、時間をTとすると、
      エネルギーの次元は、ML^2T^(-2)

      E = 9.0 × 10^16 × m

      だとダメで

      E = m × (3.0 × 10^8 [m/s])^2

      にしないと。
      親コメント
    • by nox_dot (11614) on 2008年11月26日 23時15分 (#1462493) 日記
      本題とはそれますが、C が定数かどうかは分かってないと思います。
      宇宙の進化の過程で、光速が時間の関数として変化している可能性もありますし、真空のエネルギー状態で変化するかもしれませんよ。
      # 逆に、光速が定数だという根拠をご存じの方がいれば教えてください。
      親コメント
    • by Anonymous Coward
      答:そういう慣習だから

      高校数学で定数を先に書くのもいろんな流派があるうちの高校数学での慣習です。
    • by Anonymous Coward
      cが定数だというのは
      そもそもそれ自体が前提なのであって、そうでない流儀もあるのです。
    • by Anonymous Coward
      E= C^(2m) と紛らわしいからじゃないの?
    • by Anonymous Coward
      mv^2/2に合わせているからです。
  • by fireboat (36349) on 2008年11月26日 2時43分 (#1461932) 日記

    残りの95%の質量がドコから来るのか今まで謎だったのだとか。
    一つにクォーク凝縮とかいうのがあると聞いた覚えが...何だったかな。
    • by Anonymous Coward
      >一つにクォーク凝縮とかいうのがあると聞いた覚えが...

      それが今回計算されてるやつ。
  • by Anonymous Coward on 2008年11月25日 19時51分 (#1461728)
    これまでの理論にE=mc^2が含まれていなかった事に驚いた
  • by Anonymous Coward on 2008年11月25日 20時12分 (#1461739)
    ヒッグス機構はLHCで証明される予定じゃなかった?
  • by Anonymous Coward on 2008年11月25日 20時13分 (#1461740)
    バファリンの95%はエネルギーで出来ていたのか・・・

    というか我々の質量の95%はエネルギーだということになるのかな?
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私はプログラマです。1040 formに私の職業としてそう書いています -- Ken Thompson

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