아래 쿼크

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아래 쿼크
구성 기본 입자
통계 페르미온
세대 1세대
상호작용 강한 상호작용, 약한 상호작용, 전자기력, 중력
기호
d
반입자 아래 반쿼크 (
d
)
이론 머리 겔만 (1964)
조지 츠카이크 (1964)
발견 SLAC (1968)
질량 4.8+0.5
−0.3
 MeV/c2
[1]
붕괴 입자 안정 또는위 쿼크 + 전자 + 전자 반중간미자
전하 1/3 e
색전하 있음
스핀 1/2
약한 아이소스핀 LH: −1/2, RH: 0
약한 초전하 LH: 1/3, RH: −2/3

아래 쿼크(영어: down quark 다운 쿼크[*], 기호: d)는 물질의 주성분이며, 기본 입자 중 하나인 쿼크들 중 두 번째로 가벼우며, 위 쿼크와 함께 원자 핵을 이루는 중성자(위 쿼크 하나, 아래 쿼크 둘)와 양성자(위 쿼크 둘, 아래 쿼크 하나)를 구성한다. 물질 1세대이며, 전하는 -1/3 e이고 정지 질량은 4.8+0.5
−0.3
 MeV/c2
이다.[1]. 다른 쿼크와 마찬가지로, 아래 쿼크는 스핀1/2기본 페르미온이며, 4가지의 기본 상호작용의 영향을 받는다:중력, 전자기력, 약한 상호작용, 강한 상호작용. 아래 쿼크의 반입자는 아래 쿼크에서 전하와 같은 일부 특성이 크기는 같고 부호가 반대아래 반쿼크(종종 반 아래 쿼크라고도 불린다)이다.

아래 쿼크는 위 쿼크, 기묘 쿼크와 함께 1964년 머리 겔만조지 츠바이크팔정도를 따라 하드론을 분류하기 위해 도입하였고, SLAC에서 1968년에 처음 관찰되었다.

역사[편집]

머리 겔만
조지 츠바이크

20세기 초반, 입자 물리학의 초창기에는 양성자, 중성자, 그리고 파이온과 같은 강입자들이 기본 입자라고 여겨졌다. 하지만 새로운 입자들이 발견됨에 따라 '입자 동물원'은 1930~1940년 대에 몇 안되던 입자들에서 부터 1950년 대에는 수십 개에 달하게 되었다. 각각의 입자들이 서로 어떤 관계가 있는 지는 1961년 머리 겔만[2]유발 네만[3]이 각각 독자적으로 강입자를 분류하는 계획인 팔정도(전문 용어로 SU(3) 맛깔 대칭)를 주장할 때까지는 불확실했다.

이 분류 계획은 강입자를 아이소스핀 다중항으로 분류했지만, 그 배경이 되는 물리적 토대는 여전히 불명확했다. 1964년에 머리 겔만[4]조지 츠바이크[5][6]이 당시에 독자적으로 위, 아래 그리고 기묘 쿼크만으로 구성된 쿼크 모형을 제시했다.[7] 하지만 이 쿼크 모형은 팔정도를 설명할 수는 있었지만, 1968년 SLAC에서 처음으로 쿼크가 발견될 때까지는 쿼크의 존재에 대한 직접적인 증거는 없었다.[8][9] 심층 비탄성 산란은 양성자에 세부 구조가 있다는 것을 나타내었고, 이 현상을 설명하기 위해서는 양성자가 더 근본적인 입자 3개로 구성되어 있는 모형을 도입해야 한다. (즉 쿼크 모형을 인정하는 것이다)[10]

처음에 사람들은 이 세 입자를 쿼크로 받아들이기보다는 리처드 파인먼쪽입자 해석을 선호했었지만,[11][12][13] 시간이 흐르면서 쿼크 모형이 점차 받아들여졌다. (11월 혁명 참고)[14]

질량[편집]

위 쿼크는 매우 널리 알려져 있음에도 불구하고 위 쿼크의 정지 질량은 잘 결정되지 않았다, 하지만 아마도 4.5에서 5.3 MeV/c2 사이에 있을 것이라고 여겨진다.[1] 격자 QCD 계산은 더 정확한 값을 얻을 수 있다:4.79±0.16 MeV/c2.[15]

중간자(쿼크 하나와 반쿼크 하나로 이루어진 입자) 혹은 중입자(쿼크 세 개로 이루어진 입자)에서 측정했을 때, 쿼크의 '유효 질량'은 각각의 쿼크를 묶어주는 글루온장으로 생긴 결합 에너지에 의해서 더 크게 측정된다.(질량-에너지 등가 참고) 위 쿼크의 질량은 너무 가볍기 때문에 상대성 이론을 고려해야할 수준이기 때문에, 정지 질량을 직접적으로 계산할 수는 없다. 쿼크는 글루온장에서 글루온에 의해 생긴 강력에 의해 광속의 99.995%로 움직여 로런츠 인자가 대략 100 정도 되다. 그 결과로, 쿼크 자체의 질량은 양성자나 중성자의 질량의 거의 1% 정도 된다.

같이 보기[편집]

참고 문헌[편집]

  1. J. Beringer (Particle Data Group); 외. (2013). “PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b′, t′, Free)' (PDF). Particle Data Group. 2013년 7월 23일에 확인함. 
  2. M. Gell-Mann (2000) [1964]. 〈The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry〉. M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. 《The Eightfold Way》. Westview Press. 11쪽. ISBN 978-0-7382-0299-0. 
    원 논문: M. Gell-Mann (1961). “The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry”. 《Synchrotron Laboratory Report CTSL-20》 (California Institute of Technology). 
  3. Y. Ne'eman (2000) [1964]. 〈Derivation of strong interactions from gauge invariance〉. M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. 《The Eightfold Way》. Westview Press. ISBN 978-0-7382-0299-0. 
    원 논문: Y. Ne'eman (1961). “Derivation of strong interactions from gauge invariance”. 《Nuclear Physics26 (2): 222–229. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1. 
  4. M. Gell-Mann (1964). “A Schematic Model of Baryons and Mesons”. 《Physics Letters8 (3): 214–215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3. 
  5. G. Zweig (1964). “An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking”. 《CERN Report No.8181/Th 8419》. 
  6. G. Zweig (1964). “An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II”. 《CERN Report No.8419/Th 8412》. 
  7. B. Carithers, P. Grannis (1995). “Discovery of the Top Quark” (PDF). 《Beam Line25 (3): 4–16. 2008년 9월 23일에 확인함. 
  8. E. D. Bloom; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Miller, G.; Mo, L.; Taylor, R.; Breidenbach, M.; 외. (1969). “High-Energy Inelastic ep Scattering at 6° and 10°”. 《Physical Review Letters23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930. 
  9. M. Breidenbach; Friedman, J.; Kendall, H.; Bloom, E.; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Mo, L.; Taylor, R.; 외. (1969). “Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering”. 《Physical Review Letters23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935. 
  10. J. I. Friedman. “The Road to the Nobel Prize”. Hue University. 2008년 12월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 9월 29일에 확인함. 
  11. R. P. Feynman (1969). “Very High-Energy Collisions of Hadrons” (PDF). 《Physical Review Letters23 (24): 1415–1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415. 
  12. S. Kretzer; Lai, H.; Olness, Fredrick; Tung, W.; 외. (2004). “CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects”. 《Physical Review D69 (11): 114005. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. arXiv:hep-ph/0307022. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005. 
  13. D. J. Griffiths (1987). 《Introduction to Elementary Particles》. John Wiley & Sons. 42쪽. ISBN 978-0-471-60386-3. 
  14. M. E. Peskin, D. V. Schroeder (1995). 《An introduction to quantum field theory》. Addison–Wesley. 556쪽. ISBN 978-0-201-50397-5. 
  15. Cho, Adrian (April 2010). “Mass of the Common Quark Finally Nailed Down”. Science Magazine. 

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