素粒子と基本的な力
カンガルー先生陽子や中性子はクォーク3個の組み合わせでできている。『核力』は実はクォークどうしを結びつける力（強い力）の名残なんだよ。
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- 物質を形づくる最小の粒子は、現在のところそれ以上分けられない**素粒子**と考えられている。素粒子は主に**クォーク**と**レプトン**の2種類に分けられる。
- 陽子（新しいタブで開きます）はアップクォーク2個とダウンクォーク1個、中性子はアップクォーク1個とダウンクォーク2個からできている。クォークが組み合わさった粒子を**ハドロン**という。
- 自然界の力は**重力・電磁力・強い力・弱い力**の4つにまとめられる。強い力は原子核の中で核子どうしを結びつける核力として働く。
詳しく
クォークとレプトン
物質を形づくる最小の粒子として、現在考えられているのが素粒子で、大きくクォークとレプトンの2種類に分けられる。クォークは単独では存在せず、2個または3個が組み合わさって陽子や中性子のような粒子（ハドロン）をつくる。
陽子はアップクォーク2個とダウンクォーク1個、中性子はアップクォーク1個とダウンクォーク2個の組み合わせ。これに対して電子のようなレプトンは、クォークのように組み合わさって別の粒子をつくることはなく、それ自体が最小の単位として存在する。
4つの基本的な力
自然界に働く力は、重力・電磁力・強い力・弱い力の4つの基本的な力にまとめられる。重力と電磁力はどちらも距離が離れても弱まりながら無限に届くが、強い力と弱い力は原子核程度のごく短い距離でしか働かない。
強い力はクォークどうしを結びつける力で、陽子・中性子の中でクォークを閉じ込めるとともに、原子核の中では核子どうしを結びつける核力としても働く。弱い力はβ崩壊（新しいタブで開きます）で中性子が陽子・電子・反電子ニュートリノに変わる反応のように、粒子の種類を変える反応に関わる。
重さだけで比べると、強い力がもっとも強く、電磁力、弱い力と続き、重力がもっとも弱い。原子核の中では強い力（核力）がクーロン力（新しいタブで開きます）（電磁力）に打ち勝って核子をまとめているが、天体のスケールでは電荷（新しいタブで開きます）がほぼ打ち消し合うため、届く距離が無限の重力が支配的になる。
物理学が築く未来
素粒子や基本的な力の研究は、加速器を使った高エネルギー実験や、量子コンピュータ、核融合発電などの新しいエネルギー源の開発、宇宙の始まりやニュートリノの研究など、さまざまな分野の科学技術の基盤にもなっている。
こうした先端の物理学の理論や技術は、原子核・素粒子の基礎的な理解の上に積み重ねられているもので、高校で学ぶ原子・原子核の知識はその入り口にあたる。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/elementary-particles-and-fundamental-forces/?from=print#quiz
陽子をつくるクォークの組み合わせとして正しいものはどれか。
- ◯ アップクォーク1個・ダウンクォーク2個
- ◯ アップクォーク2個・ダウンクォーク1個
- ◯ アップクォーク3個
- ◯ ダウンクォーク3個
正解：アップクォーク2個・ダウンクォーク1個
陽子（新しいタブで開きます）はアップクォーク2個とダウンクォーク1個の組み合わせでできている（中性子はアップクォーク1個とダウンクォーク2個）。4つの基本的な力のうち、原子核程度のごく短い距離でしか働かない力の組はどれか。
- ◯ 電磁力と弱い力
- ◯ 重力と強い力
- ◯ 重力と電磁力
- ◯ 強い力と弱い力
正解：強い力と弱い力
重力と電磁力は距離が離れても弱まりながら無限に届くが、強い力と弱い力は原子核程度のごく短い距離でしか働かない。原子核の中で核子どうしを結びつける「核力」は、4つの基本的な力のうちどの力と関係しているか。
- ◯ 強い力（クォークどうしを結びつける力の原子核内での現れ）
- ◯ 重力
- ◯ 電磁力
- ◯ 弱い力
正解：強い力（クォークどうしを結びつける力の原子核内での現れ）
強い力はもともとクォークどうしを結びつける力で、陽子・中性子（核子）の中でクォークを閉じ込めている。原子核の中で核子どうしを結びつける核力は、この強い力が核子間に及んだものと考えられる。
単元のポイント
- クォーク 陽子・中性子などのハドロンをつくる素粒子
- レプトン 電子など、組み合わさって別の粒子をつくらない素粒子
- 4つの基本的な力 重力・電磁力・強い力・弱い力