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 電弱力（電磁気力と弱い力）はクォーク、レプトンともに感じることができるのに対して、強い力はクォークのみしか感じることができません。このことはクォークとレプトンの対称性から、一見、不自然のように思われます。もし、電弱力と強い力が統一され同一の力となれば、この対称性は完全なものとなります。この統一を達成しようとする試みは大統一理論と呼ばれ、高エネルギー物理学の一大目標となっています。
一般に、2つの素粒子の距離が近づくとともに、または、力の強さはエネルギーが大きくなるとともに、量子論的なゆらぎの効果によって変わります。エネルギーとともに、電磁気力は強くなり、強い力は弱くなります。さらに、エネルギーを高くしていったらどのようになるのでしょうか。標準理論によれば、下図の黒い実線ようになります。標準理論では、3つの力の強さは互いに接近しますが、いくら高エネルギーになっても等しくなりません。力の大統一はないのでしょうか。私たちは力の背後にあるものが、クォーク・レプトン世界の対称性であることを知っています。大統一を達成するために未知の対称性があるのでしょうか。
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クォーク・レプトン世界には、フェルミオンのクォーク、レプトンの他に、ボゾンのゲージボゾン、ヒッグス粒子が存在します。フェルミオンは半整数のスピンを持ち、ボゾンは整数のスピンを持つ素粒子です。今まで、フェルミオン中の対称性から3つの力を見てきましたが、フェルミオンとボゾンの間にも対称性がきっとあるはずです。この対称性は超対称性と呼ばれ、フェルミオンをボゾンに、また、ボゾンをフェルミオンに変換します。これに基づく超対称性理論は、すべてのフェルミオン（ボゾン）には、超対称粒子のボゾン（フェルミオン）の相棒がいることを予言しています。超対称性を仮定してみると、下図の赤い実線のように、確かに、3つの力が非常に高いエネルギーで等しくなり、力が大統一されます。
このように、超対称性粒子を発見することが力の大統一の鍵となります。超対称性は時空の対称性でもあるため、重力をも統一する超対称大統一理論へと導くものと考えられています。また、超対称性理論は標準理論では決めることのできなかったヒッグスボゾン(ヒッグス粒子)同士に働くヒッグス力を弱い力と結び付け、ヒッグス粒子が比較的軽いこと（ヒッグス粒子の質量は150GeV/c2以下）も予言しています。
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3つの力のエネルギー依存性：
縦軸が力の強さ（結合定数）の逆数、すなわち、力が弱いほど大きな値を取ることに注意。最新の実験データに基づいて計算すると、標準理論ではいくら高エネルギーになっても３つの力が等しくならないことが判明しました。W、Ｚボゾンと同程度の質量を持つ超対称性粒子を予言する超対称性理論では３つの力が等しくなり、力の大統一が期待されます。 |
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