Wボソンを介して崩壊するπ中間子とμ粒子・反μニュートリノの質量関係

Wボソンを介してπ中間子が崩壊し、その結果得られるμ粒子とニュートリノの質量の関係に関して、質問者はなぜこれらの粒子の質量がWボソンの静止質量に一致しないのか疑問を持っています。この記事ではそのメカニズムを分かりやすく解説します。

1. Wボソンの役割と質量

Wボソンは、弱い相互作用を媒介する粒子で、質量が約80.38 GeV/c^2です。この質量は、Wボソンが関与する反応におけるエネルギー交換の一部として重要です。Wボソンは、例えばπ中間子の崩壊において重要な役割を果たします。

π中間子が崩壊すると、μ粒子（μ+またはμ−）と反μニュートリノが生成されます。μ粒子の質量は約105.6 MeV/c^2で、これはWボソンの質量と比較してかなり小さい値です。しかし、この質量の差は、崩壊過程におけるエネルギーの分配と関係があります。

Wボソンの崩壊プロセスにおいて、エネルギーが複数の粒子に分配されます。崩壊生成物であるμ粒子とニュートリノがこのエネルギーを受け取りますが、それぞれの粒子はWボソンの静止質量に匹敵するエネルギーを持っていないため、質量は合計してもWボソンの静止質量にはならないのです。

反μニュートリノは非常に小さい質量（ほぼゼロ）を持つとされ、これも崩壊後のエネルギー分配に影響を与えます。μ粒子と反μニュートリノを合わせても、Wボソンの静止質量を上回ることはありません。質量の不一致は、このようにエネルギーの分配と粒子の特性によるものです。

Wボソンを介したπ中間子の崩壊では、生成されるμ粒子と反μニュートリノの質量はWボソンの静止質量には達しません。この理由は、エネルギーが崩壊過程で複数の粒子に分配されるためであり、各粒子の質量がWボソンの質量に一致するわけではないからです。