위 쿼크

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위 쿼크
구성 기본입자
통계 페르미온
무리 쿼크
세대 1세대
발견 SLAC(1968)
기호 u
질량 2.3^{+0.7}_{-0.5} MeV/c2[1]
전하 +⅔ e
스핀 ½

입자물리학에서, 위 쿼크(영어: up quark 업 쿼크[*], 기호 u)는 +⅔의 전하를 가진 제1세대의 쿼크다. 질량은 2–3 MeV/c2로, 모든 쿼크 중에서 가장 가벼우며, 아래 쿼크와 함께 양성자(uud)와 중성자(udd)를 이룬다. 다른 쿼크와 마찬가지로, 위 쿼크는 스핀이 ½인 페르미온이며, 4가지의 기본 상호작용을 모두 겪는다. 그 반입자위 반쿼크이다.

역사[편집]

위 쿼크는 아래 쿼크·맵시 쿼크와 함께 1964년 머리 겔만과 조지 츠바이크(George Zweig)가 팔정도를 따라 하드론을 분류하기 위해 도입하였다. SLAC에서 1968년에 처음 관찰되었다.

20세기 초반, 소립자 물리학의 초창기에는 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 유발 네만[3]이 각각 강입자를 분류하는 계획인 팔정도(SU(3) 맛깔 대칭)를 주장할 때까지는 불확실했다.

이 분류 계획은 강입자를 아이소스핀 다중항으로 분류하지만, 배경이 되는 물리적 토대는 아직 불명확하다. 1964년 조지 츠바이크[4]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 SLAC에서 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 위 쿼크의 맨질량은 그다지 잘 밝혀지지 않았다, 하지만 아마도 1.7에서 3.3 MeV/c²사이에 있을 것이라고 여겨진다. 중간자(하나의 쿼크 혹은 하나의 안티 쿼크로 만들어진 것) 혹은 중입자(3개의 쿼크로 이루어진 입자)에서는 쿼크의 유효질량은 각각의 쿼크를 묶어주는 글루온장의 힘에 의해서 더 크게 측정된다. 예를 들면 양성자에 있는 위 쿼크의 유효질량은 약 330MeV/c²이다. 쿼크의 맨 질량은 너무 가벼워서 상대론적 효과가 고려되어야 하고 그 때문에 직접적으로 맨 질량을 계산할 수는 없다.

위 쿼크를 가지는 강입자[편집]

다음과 같은 일부 강입자는 위 쿼크를 지니고 있다.

  • 하전 파이온±)은 하나의 위 쿼크와 하나의 아래 반쿼크, 혹은 하나의 위 반쿼크와 하나의 아래 쿼크를 가지는 중간자이다.
  • 중성 파이온(π0)은 로 중간자오메가 중간자와 같이 위 쿼크와 위 반쿼크, 혹은 아래 쿼크와 아래 반쿼크의 선형결합이다.
  • η 및 η와 같은 맛깔 없는 중간자는 위 쿼크-위 반쿼크 쌍을 포함하는 쿼코늄 몇 쌍의 선형결합이다.
  • 다수의 관측된 중입자는 하나 이상의 위 쿼크를 포함한다. 핵자와 같이 델타 중입자는 몇 개의 위 쿼크와 아래 쿼크 만으로 이루어져 있다. Δ++ 중입자는 세 개의 위 쿼크를, Δ+ 중입자는 두 개의 위 쿼크를, 그리고 Δ0 중입자는 단지 하나의 위 쿼크를 지닌다.

주석[편집]

  1. Beringer, J., J.-F. Arguin, R. M. Barnett, K. Copic, O. Dahl, D. E. Groom, C.-J. Lin, J. Lys, H. Murayama, C. G. Wohl, W.-M. Yao, P. A. Zyla, C. Amsler, M. Antonelli, D. M. Asner, H. Baer, H. R. Band, T. Basaglia, C. W. Bauer, J. J. Beatty, V. I. Belousov, E. Bergren, G. Bernardi, W. Bertl, S. Bethke, H. Bichsel, O. Biebel, E. Blucher, S. Blusk, G. Brooijmans, O. Buchmueller, R. N. Cahn, M. Carena, A. Ceccucci, D. Chakraborty, M.-C. Chen, R. S. Chivukula, G. Cowan, G. D’Ambrosio, T. Damour, D. de Florian, A. de Gouvêa, T. DeGrand, P. de Jong, G. Dissertori, B. Dobrescu, M. Doser, M. Drees, D. A. Edwards, S. Eidelman, J. Erler, V. V. Ezhela, W. Fetscher, B. D. Fields, B. Foster, T. K. Gaisser, L. Garren, H.-J. Gerber, G. Gerbier, T. Gherghetta, S. Golwala, M. Goodman, C. Grab, A. V. Gritsan, J.-F. Grivaz, M. Grünewald, A. Gurtu, T. Gutsche, H. E. Haber, K. Hagiwara, C. Hagmann, C. Hanhart, S. Hashimoto, K. G. Hayes, M. Heffner, B. Heltsley, J. J. Hernández-Rey, K. Hikasa, A. Höcker, J. Holder, A. Holtkamp, J. Huston, J. D. Jackson, K. F. Johnson, T. Junk, D. Karlen, D. Kirkby, S. R. Klein, E. Klempt, R. V. Kowalewski, F. Krauss, M. Kreps, B. Krusche, Yu. V. Kuyanov, Y. Kwon, O. Lahav, J. Laiho, P. Langacker, A. Liddle, Z. Ligeti, T. M. Liss, L. Littenberg, K. S. Lugovsky, S. B. Lugovsky, T. Mannel, A. V. Manohar, W. J. Marciano, A. D. Martin, A. Masoni, J. Matthews, D. Milstead, R. Miquel, K. Mönig, F. Moortgat, K. Nakamura, M. Narain, P. Nason, S. Navas, M. Neubert, P. Nevski, Y. Nir, K. A. Olive, L. Pape, J. Parsons, C. Patrignani, J. A. Peacock, S. T. Petcov, A. Piepke, A. Pomarol, G. Punzi, A. Quadt, S. Raby, G. Raffelt, B. N. Ratcliff, P. Richardson, S. Roesler, S. Rolli, A. Romaniouk, L. J. Rosenberg, J. L. Rosner, C. T. Sachrajda, Y. Sakai, G. P. Salam, S. Sarkar, F. Sauli, O. Schneider, K. Scholberg, D. Scott, W. G. Seligman, M. H. Shaevitz, S. R. Sharpe, M. Silari, T. Sjöstrand, P. Skands, J. G. Smith, G. F. Smoot, S. Spanier, H. Spieler, A. Stahl, T. Stanev, S. L. Stone, T. Sumiyoshi, M. J. Syphers, F. Takahashi, M. Tanabashi, J. Terning, M. Titov, N. P. Tkachenko, N. A. Törnqvist, D. Tovey, G. Valencia, K. van Bibber, G. Venanzoni, M. G. Vincter, P. Vogel, A. Vogt, W. Walkowiak, C. W. Walter, D. R. Ward, T. Watari, G. Weiglein, E. J. Weinberg, L. R. Wiencke, L. Wolfenstein, J. Womersley, C. L. Woody, R. L. Workman, A. Yamamoto, G. P. Zeller, O. V. Zenin, J. Zhang, R.-Y. Zhu, G. Harper, V. S. Lugovsky, P. Schaffner (2012년). Review of particle physics. 《Physical Review D》 86 (1): 1. doi:10.1103/PhysRevD.86.010001. Bibcode2012PhRvD..86a0001B. ISSN 1550-7998.
  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

같이 보기[편집]