약한 상호작용

약한 상호작용(弱 - 相互作用)은 물리학의 네 가지 기본상호작용 중 하나이다. 약한 상호작용은 흔히들 약력, 또는 약한 핵력이라고도 부른다. 분자 물리학의 표준 모형에서는 약한 상호작용은 W와 Z보손의 교환 때문에 일어난다. 약한 상호작용은 잘 알려진 베타 붕괴(원자핵에서의 중성자의)에서 찾아볼 수 있다. 약력의 ‘약’은 약력장의 세기가 강력장의 세기보다 $10^{13}$배 약한 데에서 기인한다. 그러나 약력은 짧은 거리에서는 중력보다 세다.

전기·약 작용 이론

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낮은 에너지에서는 약한 상호작용은 엔리코 페르미가 고안한 간단한 4점(點)이론으로 설명한다. 그러나 이 이론은 재규격화할 수 없으며, 따라서 높은 에너지에서는 사용할 수 없다.

1968년, 셸던 글래쇼와 압두스 살람이 약한 상호작용과 양자전기역학을 하나로 통일한, 이른바 살람-글래쇼 이론 혹은 전기약 이론(electroweak theory)을 개발하는 데 성공하였다. 이 이론은 광자 이외에 전기약력을 매개하는 새로운 보손(W⁺, W^–, Z)을 예측하였다. 이 입자들은 뒤에 발견되어, 살람-글래쇼 이론을 실험적으로 입증하였다. 살람과 와인버그는 이 공로로 노벨상을 수상하였다.

게이지 보손은 SU(2) ×U(1)게이지 대칭과 관련된다. 그러나 낮은 에너지에서 히그스장의 하나가 진공 기대치를 얻고 게이지 대칭은 자발 대칭 붕괴로 U(1) 전자기 대칭으로 떨어진다. 이 대칭 붕과는 세가지 질량없는 골드스톤 보손을 만들지만 그들은 히그스 메카니즘을 통해서 광자와 같은 장의 셋에의해 적분되어 질량을 준다. 이들 세 장들은 W 와 Z 보손(W⁺, W^– 와 Z 보손) 으로 약작용에 관련되는 한편 질량없는 네 번째 게이지 장은 전자기장의 광자이다. W 와 Z의 질량이 계의 일반적인 질량보다 훨씬 더 큰 경우, 살람-글래쇼 이론은 페르미의 이론과 동일한 현상을 예측한다.

압두스-살람 이론은 전기약력을 매개하는 마당이 자발대칭파괴를 겪는다고 가정한다. 전기약력의 절로대칭깨짐을 설명하는 가장 표준적인 방식은 히그스 메커니즘으로, 스칼라 마당인 히그스 보손을 도입하는 것이다. 그러나 아직까지 아무도 히그스 보손을 발견하지 못했고, 히그스 보손이 존재하지 않는지도 아직 증명되지 않았다. 히그스 보손의 존재 여부는 거대 하드론 충돌기에서 확인할 것이다.

바깥 고리

• 조지아 주립대학교 근본상호작용 페이지.
• 노벨상 수상자
  • 1957 년.
  • 1979 년.
  • 1980 년.