쿼크 - 입자물리학
스핀은 입자들의 고유한 각운동량이다. 스핀은 h단위(플랑크 상수)가 주어지고 각운동량의 양자 수식은 h(디랙 상수)=h/2π= 6.58*10^-25GeVs = 1.05*10^-34Js.
-보존의 스핀은 정수(0, 1, 2), 페르미온의 스핀은 반정수(1/2, 3/2).
전하량은 양성자 전하량의 단위로 주어진다. SI단위에서 양성자의 전하량은
1.60*10^-19쿨롱이다.
입자물리학에서의 에너지 단위는 eV(전자볼트)인데, 전자 하나가 1V의 전압차를 가로지를 때 획득되는 에너지이다. 질량은 Gev/c^2(E=mc^2 으로 기억)로 주어지고, 식은 1GeV = 10^9eV =1.60*10^-10줄이다.
중성미자
중성미자는 태양, 초신성, 원자로, 입자 가속기 충돌 등 등 많은 과정에서 발생한다. 이렇게 발생된 어떤 중성미자라도 생성과정과 관계하여 대전된 경입자 형태에 의해 명명된 전자, 뮤온, 타우 중성미자와 같은 세 가지 중성미자의 특정 상태 중 하나로 설명할 수 있다. 각각의 중성미자는 절대 질량 중성미자분류인 가벼운(V Light), 보통(V Middle), 무거운(V Heaviest)중성미자의 양자 결합으로 정의되고 질량 값은 표에서 볼 수 있다. 더욱이 중성미자의 특성에 관한 탐구는 물질과 반물질, 그리고 별의 진화, 우주의 구조에 대한 퍼즐의 결정적인 해답을 줄지도 모른다.
물질과 반물질
모든 입자의 형태에는 각 상응하는 반입자가 있으며 입자 기호 위의 bar로 표기된다. (아니면+와 -전하로 나타냄) 입자와 반입자는 동일한 질량과 스핀을 가지지만 반대의 전하를 가집니다. 몇가지 전기적으로 중성인 boson(예를들면 Z보존, 광자, 그리고 에타-C 아니면 케이온)은 그 자신이 반입자가 된다.
색전하(Color Charge)
쿼크들과 글루온들만이 "strong charge(또는 색전하)"를 지닐 수 있고 강한 상호작용을 가질 수 있다. 각각의 쿼크들은 세 가지(빨강, 파랑, 노랑) 색전하를 가진다. 이러한 색 전하는 눈에 보이는 색과는 상관이 없다. 전자가 전기적 전하를 교환하여 대전되는 것처럼 강한 상호작용 안에서 입자들이 글루온을 교환함으로써 색전하를 가진다.
중간자와 중입자에 묶여진 쿼크들
쿼크와 글루온은 격리될 수 없고 색 중간입자에 의해 결합되어지며 하드론이라 불린다. 이러한 결합은 색전하 성분간 글루온의 다발적 교환의 결과이다. 색전하 입자들(쿼크와 글루온)이 떨어지게 되면, 입자들 사이의 컬러포스 장(color-force field)에서의 에너지가 강력해진다. 이 에너지가 결국 새로운 쿼크-반쿼크 짝으로 변환된다. 쿼크와 반쿼크가 하드론으로 결합할 때 이들은 입자가 생성되는 것처럼 보인다.
자연에서 하드론의 두 형태 중간자(meson)와 중입자(baryon)가 관측된다. 양성자, 반양성자, 중성자, 람다, 오메가와 같은 많은 중입자가 관찰된다. 양성자가 1전하량을 가지고 중성자는 0의 전하량을 만드는 식으로 쿼크가 대전된다. 파이온, 카이온, 비 제로, 에타와 같은 많은 중간자가 있는데 전하량은 각각 +1, -1, 0, 0이다.
입자 과정
이 자료는 화가가 구상한 것으로 푸른색 부분은 글루온의 구름을 말한다.
자유 중성자는 가상의 W 보존에 의해서 하나의 양성자, 하나의 전자, 그리고 반중성미자로 붕괴된다. 이것이 중성자 베타붕괴이다.
높은 에너지에서 충돌하는 전자와 양전자(반전자)는 가상의 Z보존이나 광자를 통해 소멸되어 중간자인 B^0과 반입자를 만든다.
풀리지 않은 미스테리
우주의 가속?
우주의 확장은 가속되는 것 같다. 이것은 아인슈타인의 우주상수 때문일까? 아니면, 실험들이 자연의 새로운 힘을 알아내게 될까? 또는 숨겨진 새로운 우주의 차원들을 발견할까?
반물질이 없는 이유?
물질과 반물질은 빅뱅 때 생겨났다. 왜 우리는 지금 실험실이나 우주광선에서나 보이는 미세한 양의 반물질을 제외하면 물질들밖에 볼 수 없을까?
암흑 물질?
물질의 보이지 않는 형태는 관측된 우주와 우주 집단에서 많은 질량을 차지하고 있다. 이러한 암흑 물질들은 보통의 입자들과는 거의 상호작용하지 않는 새로운 종류의 입자로 이루어져 있을까?
질량의 근원?
표준 모형 안에, 기본 입자들이 질량을 가지려면, 힉스(Higgs) 보존이라는 입자가 있어야 한다. 그것이 곧 발견될까? 초대칭(supersymmetry) 이론에서의 여러 종류의 힉스 입자가 있다는 예측이 적중할까?
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