펜타쿼크

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펜타쿼크(Pentaquark)는 인간이 만든 아원자 입자로, 4개의 쿼크와 1개의 반쿼크가 결합하여 있다.쿼크에는 +1/3의 중입자수를 가지고 있고 반쿼크에는 -1/3의 중입자수를 가지고 있다. 펜타쿼크는 총 1개의 중입자수을 가지며, 펜타쿼크는 중입자가 된다.

역사[편집]

펜타쿼크라는 이름은 1987년 해리 J. 립킨(Harry J. Lipkin)와 클로드 기누스외 에 의해 만들어졌다. 그러나 머레이 겔만이 쿼크의 존재를 처음 가정했을 때인 1964년에 5쿼크 입자의 가능성이 확인되었다. 비록 수십 년 동안 예측되었지만, 펜타쿼크는 발견하기가 놀랄 만큼 어려운 것으로 판명되었고 일부 물리학자들은 알려지지 않은 자연의 법칙이 그들의 생산을 방해한다고 의심하기 시작했다.

펜타쿼크 발견에 대한 첫 번째 주장은 2003년 일본의 LEPS에서 기록되었고, 2000년대 중반의 몇몇 실험에서도 다른 펜타쿼크의 발견이 보고되었다. 그러나 다른 이들은 LEPS의 결과를 복제할 수 없었고, 다른 펜타쿼크 발견은 잘못된 데이터와 통계 분석으로 인해 받아들여지지 않았다. 2015년 7월 13일, CERN의 LHCb 협업에서 바닥람다 중입자의 붕괴에서 펜타쿼크 상태와 일치하는 결과를 보고하였다(Λ0
b
).

2019년 3월 26일, LHCb 공동작업은 이전에는 관찰되지 않았던 새로운 펜타쿼크의 발견을 발표했다.그들의 관측치는 새로운 입자의 발견을 주장하는 데 필요한 임계값(5 시그마)을 통과한다.


구조[편집]

다른 쿼크의 조합으로 다양한 종류의 펜타쿼크가 가능하며, 어떤 쿼크가 주어진 펜타쿼크를 구성하는지 식별하기 위해 물리학자들은 qqqqq라는 표기법을 사용한다. 기호 u, d, s, c, b, t는 위 쿼크, 아래 쿼크, 기묘 쿼크, 맵시 쿼크, 바닥 쿼크, 꼭대기 쿼크를 각각 나타내며 u, d, s, c, b, t는 각각의 반쿼크에 해당된다. 예를 들어, 두 개의 위 쿼크, 하나의 아래 쿼크, 하나의 맵시 쿼크, 그리고 하나의 맵시 반쿼크로 만들어진 펜타쿼크는 uudcc로 알려질 것이다.

쿼크는 강한 힘에 의해 결합되며, 입자의 색전하를 상쇄하는 방식으로 작용한다. 중간자에서, 이것은 쿼크가 반대 색 전하(예: 파랑과 반파랑)를 가진 반입자와 닮다는 것을 의미하며, 중입자에서는 세 개의 쿼크가 빨강, 파랑, 녹색 세 가지 색 전하 모두를 가지고 있다. 펜타쿼크의 경우 색상도 상쇄해야 하며, 실현 가능한 유일한 조합은 한 가지 색상의 쿼크 1개, 두 번째 색상의 쿼크 1개, 세 번째 색상의 쿼크 2개, 잉여 색상(예: 반색)에 대응하기 위한 반입자 1개를 갖는 것이다.

펜타쿼크의 결합 메커니즘은 아직 명확하지 않다. 이들은 5개의 쿼크로 단단히 결합되어 있을 수도 있지만, 더 느슨하게 결합되어 있고, 파이 중간자 교환(원자핵을 결합하는 동일한 힘)을 통해 상대적으로 약한 상호작용을 하는 2쿼크 중간자로 구성될 수도 있다.

펜타쿼크는 또한 중성자 별의 형성 과정의 일부로서 초신성에 의해 자연적으로 생성될 수 있다. 펜타쿼크의 과학적 연구는 이러한 별들이 어떻게 형성되는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 입자 상호작용과 강한 힘에 대한 더 철저한 연구를 가능하게 할 수 있다.