아래 쿼크

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아래 쿼크
구성 기본입자
통계 페르미온
무리 쿼크
세대 1세대
반입자 아래 반쿼크(d)
기호 d
질량 4.8^{+0.5}_{-0.3} MeV/c2[1]
전하 −⅓ e
스핀 ½

입자물리학에서, 아래 쿼크(down quark 다운 쿼크[*], 기호 d)는 −⅓의 전하량을 가진 제1세대 쿼크다. 질량은 대략 5 MeV/c2로, 쿼크 중에서 두 번째로 가볍다. 아래 쿼크는 위 쿼크와 함께 중성자(udd)와 양성자(uud)를 형성한다. 다른 모든 쿼크와 마찬가지로, 아래 쿼크는 페르미온으로 ½의 스핀을 가지고, 4가지의 기본 상호작용을 모두 겪는다.[1]반입자아래 반쿼크다.

역사[편집]

아래 쿼크의 존재는 위 쿼크와 기묘 쿼크와 함께 1964년 머리 겔만과 조지 츠바이크(George Zweig)가 팔정도를 따라 강입자를 분류하기 위해 도입하였다. 스탠퍼드 선형 가속기 센터에서 1968년에 처음 관찰되었다.

소립자 물리학이 막 생겼을 무렵(20세기 초반)에는 양성자·중성자·파이온과 같은 강입자들이 소립자라고 여겨졌다. 하지만 새로운 입자들이 발견됨에 따라 '입자 동물원'은 1930~1940년 대에 몇 안되던 입자들 부터 1950년 대에는 수십개에 이르도록 확장했다. 각각의 입자들이 서로에게 어떠한 작용을 하는 지는 1961년 머리 겔만[2]과 유볼 네맨[3]이 각각 강입자를 분류하는 계획인 팔도설 혹은 좀 더 전문적으로 말하자면 SU(3) 맛깔 대칭을 주장할 때까지는 불확실했다.

이 분류 계획은 강입자를 아이소스핀 다중항으로 분류하지만, 배경이 되는 물리적 토대는 아직 불명확하다. 1964년 조지 츠바이크[4]와 머리 겔만[5][6]이 당시에 위 쿼크, 아래 쿼크 그리고 기묘 쿼크[7]만으로 구성된 쿼크 모형을 제시했다. 하지만 이 쿼크 모형이 팔정도를 설명할 수는 있었지만, 1968년 스탠퍼드 선형 가속기 센터에서 처음으로 쿼크가 발견될 때까지 쿼크의 존재에 대한 증거는 없었다.[8][9] 심층 비탄성 산란은 양성자에 하부 구조가 있다는 것을 제시하였고 양성자가 3개의 보다 근본적인 입자로 구성되어 있다는 쿼크 모형이 이 현상을 설명하였다.[10]

처음에 사람들은 이 세개의 입자를 쿼크로 받아들이기보다는 리처드 파인먼쪽입자 이론을 선호하는 경우도 있었지만,[11][12][13] 시간이 흐르면서 쿼크 모형이 점차 받아들여졌다.[14]

질량[편집]

매우 흔함에도 불구하고 아래 쿼크의 맨질량은 그다지 정확히 측정되지 않았다. 오늘날의 근사치로는 대개 4.5에서 5.3 MeV/c²사이일 것이라고 여겨진다. 중간자중입자에서는 쿼크의 유효질량은 각각의 쿼크를 묶어주는 글루온의 에너지에 의해서 더 크게 측정된다. 예를 들면 양성자에 있는 아래 쿼크의 유효질량은 약 330 MeV/c2이다. 쿼크의 맨 질량은 너무 가벼워서 상대론적 효과 때문에 직접 맨질량을 측정할 수 없다.

아래 쿼크를 포함한 강입자[편집]

다음과 같은 일부 강입자는 아래 쿼크를 지니고 있다.

  • 대전된 파이온±)은 하나의 위 쿼크와 하나의 아래 반쿼크, 혹은 하나의 위 반쿼크와 하나의 아래 쿼크를 가지는 중간자이다.
  • 중성 파이온0)은 로 중간자오메가 중간자와 같이 위 쿼크와 위 반쿼크, 혹은 아래 쿼크와 아래 반쿼크의 선형결합이다.
  • 에타 중간자는 아래 쿼크-아래 반쿼크 쌍을 포함하는 쿼코늄 몇 쌍의 선형결합이다.
  • 많은 수의 중입자들은 적어도 아래 쿼크 하나를 포함한다. 핵자와 같이 델타 중입자들은 몇 개의 위 쿼크와 아래 쿼크 만으로 이루어져 있다. 델타 중입자들 가운데 양성 델타 중입자(Δ+)는 하나의 아래 쿼크를, 중성 델타 중입자(Δ0)는 두 개의 아래 쿼크를, 그리고 음성 델타 중입자(Δ)는 세 개의 아래 쿼크를 지닌다.

같이 보기[편집]

주석[편집]

  1. Beringer, J., et al. (2012년). Review of Particle Physics. 《Phys. Rev. D》 86: 010001. doi:10.1103/PhysRevD.86.010001.
  2. M. Gell-Mann [1964] (2000). 〈The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry〉, M. Gell-Manm, Y. Ne'emann: 《The Eightfold Way》. Westview Press, 11쪽. ISBN 0-7382-0299-1
    원 논문: M. Gell-Mann (1961년). The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry.
  3. Y. Ne'emann [1964] (2000). 〈Derivation of strong interactions from gauge invariance〉, M. Gell-Manm, Y. Ne'emann: 《The Eightfold Way》. Westview Press. ISBN 0-7382-0299-1
    Original Y. Ne'emann (1961년). Derivation of strong interactions from gauge invariance. 《Nuclear Physics》 26: 222. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1.
  4. M. Gell-Mann (1964년). A Schematic Model of Baryons and Mesons. 《Physics Letters》 8 (3): 214–215. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  5. G. Zweig (1964년). An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking. 《CERN Report No.8181/Th 8419》.
  6. G. Zweig (1964년). An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II. 《CERN Report No.8419/Th 8412》.
  7. B. Carithers, P. Grannis (1995년). Discovery of the Top Quark (PDF). 《Beam Line》 25 (3): 4–16. 2008년 9월 23일에 확인.
  8. E. D. Bloom et al. (1969년). High-Energy Inelastic ep Scattering at 6° and 10°. 《Physical Review Letters》 23 (16): 930–934. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930.
  9. M. Breidenbach et al. (1969년). Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering. 《Physical Review Letters》 23 (16): 935–939. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935.
  10. J. I. Friedman. The Road to the Nobel Prize. Hue University. 2008년 9월 29일에 확인.
  11. R. P. Feynman (1969년). Very High-Energy Collisions of Hadrons. 《Physical Review Letters》 23 (24): 1415–1417. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415.
  12. S. Kretzer et al. (2004년). CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects. 《Physical Review D》 69 (11): 114005. arXiv:hep-ph/0307022. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005.
  13. D. J. Griffiths (1987). 《Introduction to Elementary Particles》. John Wiley & Sons, 42쪽. ISBN 0-471-60386-4
  14. M. E. Peskin, D. V. Schroeder (1995). 《An introduction to quantum field theory》. Addison–Wesley, 556쪽. ISBN 0-201-50397-2