particle

　素粒子　elementary particle

素粒子は、あらゆる物質や力の根源的構成要素であるところの最小単位の粒子であり、その大きさは 10⁻¹³ cm 以下のスケールである。素粒子の衝突散乱過程についての近似計算などでは、素粒子は拡がりをもたない点状の粒子として取り扱われる。素粒子を理論的に研究するためには量子論ならびに相対論の知識が前提となるが、本稿ではそれら予備知識を前提とせずに定性的な概説にとどめる。素粒子物理学は高エネルギー物理学の一部門であり、素粒子現象に関する知見を得るためには、極めて高いエネルギー領域での研究が必要となる。高エネルギー領域の加速器実験などにおいては、多種類の素粒子が出現する。現在では数百種類の素粒子が知られているが、その大部分は不安定であり、他の安定な素粒子に崩壊転換する。安定な素粒子には、
　　光子 photon（ γ ），　電子 electron（ｅ⁻ ），　ニュートリノ neutrino（ ν ），　陽子 proton （ｐ）
などがある。
　［注］ 光子の記号 γ はギリシャ文字の「ガンマ」、ニュートリノの記号 ν もギリシャ文字の「ニュー」である。
中性子 neutron (ｎ) は、単独では平均寿命が約 15 分で β (ベータ)崩壊するが、核内においては安定に存在する。最近の理論によると、陽子ｐにも寿命があり 10³² 年程度で崩壊すると考えられている。
素粒子は、以下で述べるような量子数によって分類される。素粒子を特徴づける量子数には、電荷 Q ，重粒子数 B ，軽粒子数 L ，スピン J などがある。一般に量子数は素粒子のもつ数学的な対称性に起因している。

電荷 electric charge ( Q )
素粒子の電荷 Q は陽子の電気量 1.602176462×10⁻¹⁹ C を単位として測った素粒子の電気量であって、
　　＋1， 0 ， −1
の値のいずれかをもつ。あらゆる素粒子反応において電荷 Q は保存される。すなわち反応前と反応後について電荷の総和は常に不変である。したがって電荷の保存しないような素粒子反応は禁止される。電荷が 0 でない素粒子すなわち電荷 (＋1，−1) をもった素粒子は、直接的に観測され得る。

重粒子数 baryon number ( B )
重粒子 baryon を表わす量子数の一つで、その値はすべての重粒子について 1　である。重粒子以外の素粒子については、すべて 0 である。素粒子反応過程において重粒子数 B は常に保存される。したがって重粒子数が保存しないような素粒子反応は禁止される。重粒子の質量は、概して平均的に大きい。後述するように、陽子や中性子は重粒子に属する。

軽粒子数 lepton number ( L )
軽粒子 lepton を表わす量子数の一つで、その値はすべての軽粒子について 1　である。素粒子反応過程において軽粒子数 L は常に保存される。したがって軽粒子数が保存しないような素粒子反応は禁止される。軽粒子の質量は、概して平均的に小さい。後述するように、電子やニュートリノは軽粒子に属する。

スピン spin ( J )
素粒子のスピン J は h ／2π を単位として測った素粒子自身のもつ固有の角運動量であって、現在観測されている多くの素粒子では、その値は
　　0，　1／2，　1
をもつ。ここで h は Planck (プランク)定数と呼ばれる基本定数であって、
　　h ＝ 6.62606876×10⁻³⁴　J・s
である。

［素粒子のもつ量子数の例］

素粒子の種類	電荷 Q	重粒子数 B	軽粒子数 L	スピン J
陽子（ｐ）	1	1	0	1／2
中性子（ｎ）	0	1	0	1／2
π^＋中間子（ π^＋）	1	0	0	0
π⁻ 中間子（ π⁻ ）	−1	0	0	0
π⁰ 中間子（ π⁰ ）	0	0	0	0
電子（ｅ⁻ ）	−1	0	1	1／2
ミュー粒子（ μ⁻ ）	−1	0	1	1／2
タウ粒子（ τ⁻ ）	−1	0	1	1／2
電子ニュートリノ（ ν_e ）	0	0	1	1／2
ミューニュートリノ（ ν_μ ）	0	0	1	1／2
タウニュートリノ（ ν_τ ）	0	0	1	1／2
光子（ γ ）	0	0	0	1

スピンによる分類
素粒子は、スピン J が半奇数値をもつもの Fermi（フェルミ）粒子と整数値をもつもの Bose（ボース）粒子とに大きく分けられる。
　フェルミ粒子：スピン J ＝ (半奇数値すなわち　1／2，　3／2，　など。)
　ボース粒子：スピン J ＝ (整数値すなわち　0， 1， 2，　など。)
フェルミ粒子は同一のエネルギー状態に１個の粒子しか入り得ないが、ボース粒子は同一の状態に複数個の粒子が存在できる。フェルミ粒子のことをフェルミオン fermion、ボース粒子のことをボソン boson ともいう。フェルミ粒子には、
　陽子，　中性子，　電子，　ニュートリノ
などがあり、ボース粒子には、
　π 中間子，　光子
などがある。一般に物質の究極的構成要素である素粒子 (陽子，中性子，電子) はフェルミ粒子に属するが、力の媒介要素とされる素粒子 ( π 中間子や光子) はボース粒子に属する。

粒子数や質量による分類
素粒子はその粒子数や質量により次のようにも分類される。
　光子 photon ：重粒子数 B と軽粒子数 L がともに 0 であって、質量をもたないスピン１のボース粒子。
　軽粒子 lepton ：重粒子数 B が 0 の値をもつフェルミ粒子。質量は約 0〜1.8 GeV/c ² で、スピンは 1／2 。
　重粒子 baryon ：軽粒子数 L が 0 の値をもつフェルミ粒子。質量は約 1 GeV/c ²　以上で、スピンは 1／2 。
　中間子 meson ：重粒子数 B と軽粒子数 L がともに 0 であって、質量は約 0.13 GeV/c ² 以上のボース粒子。スピンは 0 。
ここで重粒子と中間子を総称してハドロン hadron という。軽粒子には、電子やニュートリノなどの質量の比較的小さな物質粒子が多く、重粒子には、陽子や中性子などのような質量の大きい物質粒子が多い。質量の最も大きな重粒子の例は Λ_b⁰ 粒子で、約 5.6 GeV/c ² の値をもつ。質量の最も大きな中間子の例はウプシロン粒子で、約 11 GeV/c ² の値をもつ。

反粒子
すべて素粒子は、一つの粒子に対して一つの反粒子 (antiparticle) が存在する。反粒子は、スピン J については粒子と同じであるが、電荷 Q，重粒子数 B，軽粒子数 L に関しては、すべて逆符号となる。粒子と反粒子が全く同一となるような素粒子もある。粒子と反粒子が同一の例としては、光子や π⁰ 中間子などがある。経験的に知られている多くの物質はすべて粒子から構成されており、反粒子から成る物質すなわち反物質は現在のところ発見されていない。なお反粒子を表す記法として、粒子記号の上にバー (横線) を付して表記する。
［反粒子の量子数の例］

素粒子の反粒子	電荷 Q	重粒子数 B	軽粒子数 L	スピン J
反陽子	−1	−1	0	1／2
反電子（陽電子）	1	0	−1	1／2
反ニュートリノ	0	0	−1	1／2

粒子と反粒子が衝突し、それらがすべて消滅して他の素粒子になる現象のことを対消滅 pair annihilation という。例としては約 1 MeV のエネルギーをもつ電子ｅ⁻ と陽電子ｅ^＋が衝突すると、対消滅し 2 個の光子すなわち γ (ガンマ)線になる。
　　ｅ⁻ ＋ｅ^＋　→ 　γ　＋　γ
これに対して、粒子と反粒子が対になって生ずる現象のことを対生成 pair creation という。質量 m の粒子と反粒子が生成されるためには 2mc ² 以上の反応エネルギーが必要である。（ただし c は真空中の光速度）
一例としては
　　γ　→　ｅ⁻ ＋ｅ^＋

素粒子の量子数には、前述したものの他に以下のようなものがある。

パリティ parity ( P )
素粒子の状態を表わす波動関数が、空間座標の反転に対して符号を変えないとき P を＋，符号を変えるとき P は − と決める。ここで波動関数とは、素粒子がある空間領域に存在する確率を規定するものであって、量子力学における基本概念の一つである。空間座標の反転とは、各座標軸　x，y，z を −x，−y，−z にする変換のことをいう。この変換は任意の空間点を座標原点に関する鏡像点に移す変換である。

アイソスピン isospin ( I )
歴史的には、ハドロンの内部自由度を表わす量子数として導入され、整数または半奇数の値をとる。電荷等は異なるが質量がほぼ等しい粒子類については、同一粒子の異なるアイソスピン状態と考える。一般にアイソスピン I をもつ粒子は、2I ＋1 個の異なるアイソスピン状態を保ち得る。アイソスピン I が与えられると、その第 3 成分 I₃ は −I から＋I の間の値をとり、
　　　I，　I−1，　I−2
などのように離散的な値をもつ。アイソスピン　1／2　をもつハドロンは、アイソスピンの第 3 成分 I₃ が
　　　1／2　と　−1／2
の二つの異なるアイソスピン状態をとり得る。アイソスピン 1 をもつハドロンは、アイソスピンの第 3 成分 I₃ が
　　　1， 0， −1
の三つの異なるアイソスピン状態をとり得る。例えば陽子と中性子は、アイソスピン　I ＝ 1／2　をもつ同一核子が異なるアイソスピン状態をとったもので、陽子はアイソスピンの第 3 成分 I₃ が＋1／2 のときで、中性子は I₃ が −1／2 のときである。また π 中間子は、 I ＝ 1　をもち、
　　　π^＋， π⁰， π⁻
は I₃　がそれぞれ
　　　1， 0， −1
のときに該当する。

ストレンジネス strengeness ( S )
ハドロンを分類し素粒子反応を系統的に記述するために用いられる内部量子数である。例えば陽子，中性子，π 中間子などは　S ＝ 0　であるが、ラムダ粒子やシグマ粒子などは　S ＝ −1，Ｋ中間子は　S ＝＋1　である。

ハイパーチャージ hypercharge ( Y )
ハドロンの性質を表わす量子数で重粒子数 B とストレンジネス S の和 B＋S である。すなわち
　　　Y ＝ B＋S
素粒子の電荷 Q は、次式によって与えられる。
　　　Q ＝ I₃ ＋ Y ／2
　　　＝ I₃ ＋ (B ＋S)／2

素粒子の相互作用
素粒子間に働く各種の力の総称を、一般に相互作用 interaction という。この素粒子間の相互作用の結果として、原子核や原子などの多粒子系が構成される。相互作用の性質は、素粒子の散乱や崩壊などの素粒子反応に反映される。一般に素粒子の相互作用は、ボース粒子に属する素粒子を互いに交換することによって生ずる。例えば電子間に働く静電気力は相互作用の一種であり、電子が互いに光子を交換することによって生ずるもので、電磁相互作用と呼ばれる。また核子間に働く核力は、核子が互いに中間子を交換することにより生じ、これは強い相互作用と呼ばれるものに由来している。相互作用による素粒子反応過程の前後において、電荷 Q や重粒子数 B ならびに軽粒子数 L などの量子数の総和は、常に保存されており不変である。すなわちこれらの量子数が保存されないような素粒子反応は禁止される。素粒子間の相互作用の強さを決める定数のことを結合定数 coupling constant という。結合定数により、相互作用はつぎの 4種類に分類される。

種類	結合定数のオーダー
強い相互作用	10
電磁相互作用	10⁻²
弱い相互作用	10⁻¹⁴
重力相互作用	10⁻³⁸

強い相互作用 strong interaction
ハドロンやクォーク間に働き、原子核やハドロンを構成する力となる。ここでハドロンとは、重粒子と中間子の総称である。すなわちハドロン (重粒子や中間子) は強い相互作用をする粒子という意味である。強い相互作用の媒介粒子は、グルーオン gluon と呼ばれる基本粒子である。グルーオンは、光子と同様に質量をもたず、スピンは 1 でボース粒子に属する。なおクォークやグルーオンについては、後述の「クォーク模型」において概説する。強い相互作用によって起こる素粒子反応には次のようなものがある。
　ｐ＋ｐ　→　π^＋＋ｐ＋ｎ，
　　　　　　　　Ｋ^＋＋ｐ＋ Λ⁰ ，
　　　　　　　　Ｋ^＋＋ Σ^＋＋ｎ，
　　　　　　　　Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ｐ＋ Ξ⁻　　など。

　π^＋＋ｐ　→　Ｋ^＋＋ Σ^＋，
　　　　　　　　Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ Ξ⁰　　など。

［量子数の保存の例］
ｐ＋ｐ　→　π^＋＋ｐ＋ｎ

反応	ｐ＋ｐ	π^＋＋ｐ＋ｎ
電荷 Q	1＋1 ＝ 2	1＋1＋0 ＝ 2
重粒子数 B	1＋1 ＝ 2	0＋1＋1 ＝ 2
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0 ＝ 0

ｐ＋ｐ　→　Ｋ^＋＋ｐ＋ Λ⁰

反応	ｐ＋ｐ	Ｋ^＋＋ｐ＋ Λ⁰
電荷 Q	1＋1 ＝ 2	1＋1＋0 ＝ 2
重粒子数 B	1＋1 ＝ 2	0＋1＋1 ＝ 2
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0 ＝ 0

ｐ＋ｐ　→　Ｋ^＋＋ Σ^＋＋ｎ

反応	ｐ＋ｐ	Ｋ^＋＋ Σ^＋＋ｎ
電荷 Q	1＋1 ＝ 2	1＋1＋0 ＝ 2
重粒子数 B	1＋1 ＝ 2	0＋1＋1 ＝ 2
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0 ＝ 0

ｐ＋ｐ　→　Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ｐ＋ Ξ⁻

反応	ｐ＋ｐ	Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ｐ＋ Ξ⁻
電荷 Q	1＋1 ＝ 2	1＋1＋1＋(−1) ＝ 2
重粒子数 B	1＋1 ＝ 2	0＋0＋1＋1 ＝ 2
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0＋0 ＝ 0

π^＋＋ｐ　→　Ｋ^＋＋ Σ^＋

反応	π^＋＋ｐ	Ｋ^＋＋ Σ^＋
電荷 Q	1＋1 ＝ 2	1＋1 ＝ 2
重粒子数 B	0＋1 ＝ 1	0＋1 ＝ 1
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0 ＝ 0

π^＋＋ｐ　→　Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ Ξ⁰

反応	π^＋＋ｐ	Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ Ξ⁰
電荷 Q	1＋1 ＝ 2	1＋1＋0 ＝ 2
重粒子数 B	0＋1 ＝ 1	0＋0＋1 ＝ 1
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0 ＝ 0

電磁相互作用 electromagnetic interaction
荷電粒子間に働き、原子や分子などを構成する力となる。電磁相互作用の媒介粒子は、光子 γ (ガンマ) である。電磁相互作用によって起こる素粒子反応には次のようなものがある。
　γ ＋ｐ　→ 　Ｋ^＋＋ Λ⁰ ，
　　　　　　　　Ｋ⁰ ＋ Σ^＋，
　　　　　　　　Ｋ^＋＋Ｋ⁻ ＋ｐ，
　　　　　　　　Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ Ξ⁻ ，
　　　　　　　　π^＋＋Ｋ⁰ ＋ Λ⁰　　など。

［量子数の保存の例］
γ ＋ｐ　→　Ｋ^＋＋ Λ⁰

反応	γ ＋ｐ	Ｋ^＋＋ Λ⁰
電荷 Q	0＋1 ＝ 1	1＋0 ＝ 1
重粒子数 B	0＋1 ＝ 1	0＋1 ＝ 1
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0 ＝ 0

γ ＋ｐ　→　Ｋ⁰ ＋ Σ^＋

反応	γ ＋ｐ	Ｋ⁰ ＋ Σ^＋
電荷 Q	0＋1 ＝ 1	0＋1 ＝ 1
重粒子数 B	0＋1 ＝ 1	0＋1 ＝ 1
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0 ＝ 0

γ ＋ｐ　→　Ｋ^＋＋Ｋ⁻ ＋ｐ

反応	γ ＋ｐ	Ｋ^＋＋Ｋ⁻ ＋ｐ
電荷 Q	0＋1 ＝ 1	1＋(−1)＋1 ＝ 1
重粒子数 B	0＋1 ＝ 1	0＋0＋1 ＝ 1
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0 ＝ 0

γ ＋ｐ　→　Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ Ξ⁻

反応	γ ＋ｐ	Ｋ^＋＋Ｋ^＋＋ Ξ⁻
電荷 Q	0＋1 ＝ 1	1＋1＋(−1) ＝ 1
重粒子数 B	0＋1 ＝ 1	0＋0＋1 ＝ 1
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0 ＝ 0

γ ＋ｐ　→　 π^＋＋Ｋ⁰ ＋ Λ⁰

反応	γ ＋ｐ	π^＋＋Ｋ⁰ ＋ Λ⁰
電荷 Q	0＋1 ＝ 1	1＋0＋0 ＝ 1
重粒子数 B	0＋1 ＝ 1	0＋0＋1 ＝ 1
軽粒子数 L	0＋0 ＝ 0	0＋0＋0 ＝ 0

弱い相互作用 weak interaction
β (ベータ)崩壊などの素粒子の崩壊を起こす力となる。弱い相互作用の媒介粒子はウィークボソン weak boson と呼ばれる基本粒子である。ウィークボソンは、光子と同様にスピン 1 の値をもち、ボース粒子に属するが、電荷や質量をもっている点が光子と異なる。弱い相互作用は、あらゆる素粒子間において働く極めて普遍的な作用である。したがって軽粒子間やハドロン間、ならびに軽粒子とハドロンの間でも作用する。また電荷をもたない粒子間においてさえも作用する。弱い相互作用によって起こる素粒子反応には次のようなものがある。

軽粒子のみの反応
　　μ⁻　→　ｅ⁻ ＋ ^-ν_ｅ＋ ν_μ　　など。
　（ただし　^-ν_ｅは電子型ニュートリノ ν_ｅの反粒子を表し、 ν_μ はミューオン型ニュートリノを示す。）

軽粒子とハドロンの反応
　　ｎ　→ 　^-ν_ｅ＋ｐ＋ｅ⁻　
　　Λ 　→　 ^-ν_ｅ＋ｐ＋ｅ⁻　
　　π^＋　→　 μ^＋＋ ν_μ　
　　Ｋ^＋　→　 μ^＋＋ ν_μ　　など。

ハドロンのみの反応
　　Λ 　→　ｐ＋ π⁻　
　　Σ^＋　→　ｎ＋ π^＋　
　　Ξ⁻　→　 Λ ＋ π⁻　
　　Ω⁻　→ 　Λ ＋Ｋ⁻　　など。

［量子数保存の例］
μ⁻ 　→ 　ｅ⁻ ＋ ^-ν_ｅ＋ ν_μ

反応	μ⁻	ｅ⁻ ＋ ^-ν_ｅ＋ ν_μ
電荷 Q	−1	(−1)＋0＋0 ＝ −1
重粒子数 B	0	0＋0＋0 ＝ 0
軽粒子数 L	1	1＋(−1)＋1 ＝ 1

ｎ　→ 　^-ν_ｅ＋ｐ＋ｅ⁻

反応	ｎ	^-ν_ｅ＋ｐ＋ｅ⁻
電荷 Q	0	0＋1＋(−1) ＝ 0
重粒子数 B	1	0＋1＋0 ＝ 1
軽粒子数 L	0	(−1)＋0＋1 ＝ 0

Λ 　→ 　^-ν_ｅ＋ｐ＋ｅ⁻

反応	Λ	^-ν_ｅ＋ｐ＋ｅ⁻
電荷 Q	0	0＋1＋(−1) ＝ 0
重粒子数 B	1	0＋1＋0 ＝ 1
軽粒子数 L	0	(−1)＋0＋1 ＝ 0

π^＋　→　 μ^＋＋ ν_μ

反応	π^＋	μ^＋＋ ν_μ
電荷 Q	1	1＋0 ＝ 1
重粒子数 B	0	0＋0 ＝ 0
軽粒子数 L	0	(−1)＋1 ＝ 0

Ｋ^＋　→　 μ^＋＋ ν_μ

反応	Ｋ^＋	μ^＋＋ ν_μ
電荷 Q	1	1＋0 ＝ 1
重粒子数 B	0	0＋0 ＝ 0
軽粒子数 L	0	(−1)＋1 ＝ 0

Λ 　→　ｐ＋ π⁻

反応	Λ	ｐ＋ π⁻
電荷 Q	0	1＋(−1) ＝ 0
重粒子数 B	1	1＋0 ＝ 1
軽粒子数 L	0	0＋0 ＝ 0

Σ^＋　→　ｎ＋ π^＋

反応	Σ^＋	ｎ＋ π^＋
電荷 Q	1	0＋1 ＝ 1
重粒子数 B	1	1＋0 ＝ 1
軽粒子数 L	0	0＋0 ＝ 0

Ξ⁻　→　 Λ ＋ π⁻

反応	Ξ⁻	Λ ＋ π⁻
電荷 Q	−1	0＋(−1) ＝ −1
重粒子数 B	1	1＋0 ＝ 1
軽粒子数 L	0	0＋0 ＝ 0

Ω⁻　→ 　Λ ＋Ｋ⁻

反応	Ω⁻	Λ ＋Ｋ⁻
電荷 Q	−1	0＋(−1) ＝ −1
重粒子数 B	1	1＋0 ＝ 1
軽粒子数 L	0	0＋0 ＝ 0

重力相互作用 gravitational interaction
質量をもつ粒子間に働き、天体系などを形成する力となる。地球の万有引力は、重力相互作用に起因する。重力相互作用は他の相互作用に比べて極めて小さく、通常の素粒子反応では一般に無視することができる。重力相互作用は、重力子 graviton という仮想的な粒子により媒介される相互作用であると考えられている。重力子は質量や電荷をもたず、スピンの値は 2 のボース粒子である。

クォーク模型 quark model
クォーク模型は、現在までに知られている多種類のハドロンは、さらに少数の基本的な粒子であるところのクォーク quark から構成されていると考える理論であって、ハドロンの分類や素粒子の高エネルギー衝突現象の説明などに多大の役割を果たした。ここでクォークとは、ハドロンの構成要素となる最も基本的な粒子であり、現在では 6種類のクォークが知られている。クォークは，電荷 ( 2／3 または −1／3 ) ，重粒子数 1／3，スピン 1／2 の値をもち、フェルミ粒子に属する。現在のところ、直接に観測された素粒子では分数電荷をもつものは存在していない。すべてのクォークはカラー color という量子数をもっている。なおカラーは「色荷」とも訳される。これは「電荷」からの類推である。クォークのカラーには、ブルー blue，グリーン green，レッド red の 3 種類がある。異なるカラーをもつクォーク間にはカラーによる強い引力が働き、複数のクォークの束縛状態として多種類のハドロンが形成されるものと考えられている。クォーク間に働く力は、クォークが互いに離れるほど大きな引力が働くという性質がある。ハドロンは、その構成要素となるクォークのもつカラーの総和が互いに相殺するような組み合わせでもってできているので、ハドロン自体のカラーは無色となる。これは色の三原色からの比喩的な類推である。クォークはこのようなカラー量子数をもつために、クォーク自身は常にハドロンの中に閉じ込められており、クォーク単独では決して観測されることはない。クォーク間の力は強い相互作用であり、グルーオン gluon という基本粒子が媒介している。グルーオンは質量や電荷を持たず、スピンの値は 1 でボース粒子に属する。グルーオンは 2 種のカラーの組み合わせを持ち、全部で 8 種類のグルーオンがある。

［クォークの種類と量子数］

クォーク	呼称	有効質量 (GeV/c²)	電荷　　Q	重粒子数　　B	アイソスピン　I	アイソスピンの第3成分　　I₃	チャーム量子数　C	ストレンジ量子数　S	トップ量子数　T	ボトム量子数　B
ｕ	アップ	0.3	2／3	1／3	1／2	1／2	0	0	0	0
ｄ	ダウン	0.3	−1／3	1／3	1／2	−1／2	0	0	0	0
ｃ	チャーム	1.5	2／3	1／3	0	0	1	0	0	0
ｓ	ストレンジ	0.5	−1／3	1／3	0	0	0	−1	0	0
ｔ	トップ	175	2／3	1／3	0	0	0	0	1	0
ｂ	ボトム	5	−1／3	1／3	0	0	0	0	0	−1

クォークの種類　ｕ，ｄ，ｃ，ｓ，ｔ，ｂ　のことをクォークのフレーバー flavor という。クォークの量子数の間にはつぎのような関係がある。
　　Q ＝Ｉ₃ ＋ (B＋S＋C＋T＋B)／2
ハイパーチャージ Y　とすると
　　Y ＝ B＋S＋C＋T＋B
である。なお反クォークについては、上表において有効質量とアイソスピン I は変わらないが、その他の量子数の符号は逆になる。

［例］重粒子については、下表に示すように 3 個のクォークの組み合わせによって構成される。

重粒子の種類	構成クォーク	質量 (MeV/c ²)	主な崩壊様式
陽子　ｐ	ｕｕｄ	938.27	安定
中性子　ｎ	ｕｄｄ	939.56	^-ν_ｅｐｅ⁻
デルタ粒子
Δ^＋＋	ｕｕｕ	1230〜1670	Ｎπ，　Ｎππ
Δ^＋	ｕｕｄ
Δ⁰	ｕｄｄ
Δ⁻	ｄｄｄ
シグマ粒子
Σ^＋	ｕｕｓ	1189.37	ｐπ⁰，　ｎπ^＋
Σ⁰	ｕｄｓ	1192.55	Λ⁰ γ
Σ⁻	ｄｄｓ	1197.43	ｎπ⁻
ラムダ粒子　Λ⁰	ｕｄｓ	1115.68	ｐπ⁻，　ｎπ⁰
グザイ粒子
Ξ⁰	ｕｓｓ	1314.9	Λ⁰ π⁰
Ξ⁻	ｄｓｓ	1321.32	Λ⁰ π⁻
オメガ粒子　Ω⁻	ｓｓｓ	1672.45	Λ⁰ Ｋ⁻，　Ξ⁰ π⁻
Σ_ｃ粒子
Σ_ｃ^＋＋	ｕｕｃ	2452.9	Λ_ｃ^＋ π^＋
Σ_ｃ^＋	ｕｄｃ	2453.5	Λ_ｃ^＋ π⁰
Σ_ｃ⁰	ｄｄｃ	2452.1	Λ_ｃ^＋ π⁻
Λ_ｃ粒子　Λ_ｃ^＋	ｕｄｃ	2593.6	ｐＫ⁻ π^＋
Ξ_ｃ粒子
Ξ_ｃ^＋	ｕｓｃ	2465.6	Λ₀ Ｋ⁻ π^＋ π^＋
Ξ_ｃ⁰	ｄｓｃ	2470.3	Ξ⁻ π^＋
Ω_ｃ粒子　Ω_ｃ⁰	ｓｓｃ	2704	Σ^＋Ｋ⁻ Ｋ⁻ π^＋

［例］中間子については、下表に示すようにクォークと反クォークの対によって構成される。

中間子の種類	構成クォーク	質量 (MeV/c ²)	主な崩壊様式
π中間子
π^＋	^-ｄｕ	139.57	μ^＋ ν_μ
π⁰	^-ｕｕ−^-ｄｄ	134.97	γ　γ
π⁻	^-ｕｄ	139.57	μ⁻ ν_μ
Ｋ中間子
Κ^＋	^-ｓｕ	493.67	μ^＋ ν_μ
Κ⁰ ，　^-Ｋ⁰	^-ｄｓ，　 ^-ｓｄ	497.67	π^＋ π⁻，　π⁰π⁰
Κ⁻	^-ｓｕ	493.67	μ^＋ ν_μ
Ｄ中間子
Ｄ^＋	^-ｄｃ	1869.3	Ｋ⁰ μ^＋ ν_μ
Ｄ⁰，　^-Ｄ⁰	^-ｕｃ，　^-ｃｕ	1864.5	Ｋ⁻ π^＋，　Ｋ⁻ ｅ^＋ ν_ｅ
Ｄ⁻	^-ｃｄ	1869.3	μ⁻ ν_μ
Ｂ中間子
Ｂ^＋	^-ｂｕ	5278.9	Ｄ⁰ μ^＋ ν_μ
Ｂ⁰，　^-Ｂ⁰	^-ｂｄ，　^-ｄｂ	5279.2	Ｄ⁻ μ^＋ ν_μ
Ｂ^ー	^-ｕｂ	5278.9	Ｄ⁰ μ⁻ ν_μ

現在　ハドロンに関しては基本粒子クォークから形成された複合粒子と考えられているが、その他の素粒子 (軽粒子，光子，グルーオン，ウィークボソンなど) は現在のところではまだ基本的な粒子であると看做されている。ただし理論上の学説としてはハドロン以外の素粒子も複合粒子であると考える研究がある。

［例］
β 崩壊 (弱い相互作用)
　　ｎ　→　 ^-ν_ｅ＋ｐ＋ｅ⁻
についてクォーク模型を用いて表わすと、
　　ｕｄｄ　→　 ^-ν_ｅ＋ｕｕｄ＋ｅ⁻
となるので、クォークの反応として考えると
　　ｄ　→　 ^-ν_ｅ＋ｕ＋ｅ⁻
のように記せる。

［例］
核力 (強い相互作用)
　　ｎ　→　ｐ＋ π⁻
についてクォーク模型を用いて表わすと、
　　ｕｄｄ　→ 　ｕｕｄ＋ ^-ｕｄ
となる。一般に弱い相互作用ではクォークの種類が変化するが、強い相互作用においてはクォークの種類は変わらずにクォークの組み合わせのみが変化する。

［補遺］
（素粒子の質量と平均寿命）

名称	記号	質量（MeV/c ²）	平均寿命（秒)
光子	γ	0
軽粒子
電子ニュートリノ	ν_e	約　0	安定
電子	e	0.51099907	安定
ミューニュートリノ	ν_μ	約　0
ミュー粒子	μ	105.658389	2.19703×10⁻⁶
タウニュートリノ	ν_τ	約　0
タウ粒子	τ	1777.00	2.90×10⁻¹³
重粒子
陽子	p	938.27231	安定
中性子	n	939.56563	887.0
ラムダ粒子	∧	1115.684	2.632×10⁻¹⁰
シグマ粒子	Σ^＋	1189.37	0.799×10⁻¹⁰
	Σ⁰	1192.55	7.4×10⁻²⁰
	Σ⁻	1197.436	1.479×10⁻¹⁰
グザイ粒子	Ξ⁰	1314.9	2.90×10⁻¹⁰
	Ξ⁻	1321.32	1.639×10⁻¹⁰
オメガ粒子	Ω⁻	1672.45	0.822×10⁻¹⁰
中間子
π 中間子	π^＋	139.56995	2.6033×10⁻⁸
	π⁰	134.9764	8.4×10⁻¹⁷
	π⁻	139.56995	2.6033×10⁻⁸
イータ中間子	η	547.45	2.5×10⁻¹⁹
K中間子	K^＋	493.677	1.2386×10⁻⁸
	K⁰	497.672	K⁰_S　0.8927×10⁻¹⁰
			K⁰_L　5.17×10⁻⁸

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