物質や光は、超ひもの振動で表現されます。物質や光として振動する超ひもは物質や光と観測され、振動していない超ひもは真空と見えます。
真空には、「真空の相転移」により超ひもが繋がった「超ひもの網」があります。
そして、強い光を真空(振動していない「超ひも」)に当てると、粒子と反粒子が対生成します。物質としての波と反物質としての波は、鏡に写した様な反対の波です。これを「CP対称性」と言います。粒子と反粒子はCP対称性を有し、互いに鏡像です。
1本の「超ひも」の中央に、強い光が当たりそこに振動が生じます。その振動は、中心から両端に向かって超ひも上を伝わります。
1本の超ひもの両端から出る波は、同じ高さの山や谷を描きながら互いに遠ざかります。つまり、両端から出た2つの波は、互いに鏡像です。故に超ひもに強い光を当てると、両端から粒子と反粒子が生成されます。これが「対生成」です。
対生成された電子(粒子)はマイナスの電荷を、陽電子(反粒子)はプラスの電荷を持ちます。
では、ガンマ線を真空に入射して電子と陽電子が対生成される過程を、実際に計算しましょう。γ→e+ e- です。ガンマ線の周波数は3×1018[Hz]以上で、波長は10-9[m]以下です。電子と陽電子を対生成するには、周波数2.4713×1020[Hz]、波長1.2130×10-12[m]のガンマ線が必要です。
エネルギー=hv (h=プランク定数6.6260×10-34[J]、v=周波数[Hz])なので
ガンマ線のエネルギー=6.6260×10-34[J]×2.4713×1020[Hz]=1.6375×10-13[J]
です。これを電子ボルトに換算すると1[J]=6.2410×1018[eV]なので
ガンマ線のエネルギー=1.6375×10-13×6.2410×1018[eV]=1.0219×10MeV
です。この値は実験で確認されています。
このエネルギーで振動していない超ひもの中心を叩きます。すると波が生じ、その振動は二手に分かれて超ひもの両端に向かいます。
ですから
両端に向かうそれぞれの波のエネルギー=1.6375×10-13[J]÷2=8.1877×10-14[J]
です。エネルギーE=hvなので、エネルギーが1/2になると振動数も1/2となり、波長は2倍となります。ですから
両端に向かう波の周波数=2.4713×1020[Hz]÷2=1.2356×1020[Hz]
両端に向かう波の波長①λ=1.2130×10-12[m]×2=2.4261×10-12[m]
です。
超ひもの振動は光速度c=2.9979×108[m]で両端に伝わります。そして2つの波は物質波なので、ドブロイの式で「波長λ=h/mv (m=質量[㎏]、v=速度[ｍ/秒])」と表されます。ですから
1つの物質波の質量m=h/cλ=6.6260×10-34[J]÷(2.9979×108[m]×①2.4261×10-12[m])=9.1093×10-31[㎏]=電子(陽電子)の質量
です。
両端に向かう2つの波は互いに鏡像です。ですからCP対称性を持ち、物質と反物質であることが分かります。そして、その2つの波は電子と陽電子と同じ質量を持ちます。
故に、超ひもの両端に向かう2つの物質波は、電子と陽電子であることが分かりました。以上の仕組みより、真空にガンマ線を入射すると、電子と陽電子が対生成されるのです。
物質が動くとヒッグス粒子が生じ動きを止め、反物質が動くと反ヒッグス粒子が生じ動きを止めます。ですから、丁度電子と陽電子が生じるだけのエネルギーの光を超ひもに入射すると、対生成した電子と陽電子はヒッグス粒子と反ヒッグス粒子により動きを止められ静止します。これで
入射した光のエネルギーE=電子の静止質量c2+陽電子の静止質量c2
となります。
電子と陽電子を作る以上のエネルギーを持つ光を超ひもに入射すると、電子と陽電子は静止せず、2つの粒子は光の進行方向へ飛び出します。
以上が「物質と反物質の対生成の仕組み」です。
