중성 흐름

약한 중성 보존류, 아원자 입자끼리의 약한 상호작용 중 하나이다. 이러한 상호작용은 Z보존에 의해 이루어진다. 약한 중성 보존류의 발견은 전자기 상호작용과 약한 상호작용의 통일장 이론의 성립 및 위크 보존의 발견에 있어 중요한 사건이었다.

정의

중성 보존류라는 이름은, 상호작용을 하며 보존류를 구성하는 그 입자들로부터 유래되었다. 예를 들면 중성보존류의, $\nu _{e}e^{-}\rightarrow \nu _{e}e^{-}$ 탄성 충돌 산란진폭에의 기여는

${\mathfrak {M}}^{\mathrm {NC} }\propto J_{\mu }^{\mathrm {(NC)} }(\nu _{\mathrm {e} })\;J^{\mathrm {(NC)} \mu }(\mathrm {e^{-}} )$

와 같이 나타내어진다. 여기서 중성 보존류는 전자와 뉴트리노의 흐름을 기술하며 다음과 같이 쓰여진다.

$J^{\mathrm {(NC)} \mu }(f)={\bar {u}}_{f}\gamma ^{\mu }{\frac {1}{2}}\left(g_{V}^{f}-g_{A}^{f}\gamma ^{5}\right)u_{f},$

여기서 $g_{V}^{f}$와 $g_{A}^{f}$는 각각 페르미온 $f$와의 벡터 결합상수와 축성벡터 결합상수이다.

Z보존은 빛알과 글루온을 제외한 모든 표준모형 입자들과 결합이 가능하다. 하지만 상호작용하는 두 입자가 모두 전하를 가졌을 경우, Z보존 뿐만 아니라 빛알을 주고받을 수 있다. 상호작용하는 입자가 Z보존 질량($\sim 91GeV$) 혹은 그 이상의 에너지를 갖고 있지 않을 경우, Z보존 주고받음의 효과가 전자기 상호작용 과정의 전체 진폭에서 차지하는 비중은 대단히 작다($~(E/M_{Z})^{2}$). 이와 같은 이유 때문에 입자가속기를 통해 중성보존류가 관여하는 상호작용이 발견되며 또한 Z보존의 질량이 제대로 측정된 것은 1983년이 되어서야 가능했다.

다만, 뉴트리노를 포함하는 Z보존 상호작용은 독특한 특징이 있는데, 뉴트리노는 W보존을 주고받을 때는 비탄성충돌에 가깝게 산란하며, Z보존을 주고받을때는 거의 탄성충돌에 가깝게 산란하는 특성이 있다. 약한 중성보존류는 1973년에 압두스 살람, 셸던 글래쇼, 스티븐 와인버그에 의해 예견되었고, 1974년에 CERN 가가밀 버블 챔버에서의 뉴트리노 실험에서 확인될 수 있었다.

함께 보기

• 양자 색역학

바깥 고리

• THE DISCOVERY OF WEAK NEUTRAL CURRENTS, CERN Courier
• public web CERN
• britannica
• R Nave
• http://www.actaphys.uj.edu.pl/vol37/pdf/v37p2295.pdf
• http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2009/07/07/gargamelle/
• cerncourier
• Padilla, Antonio (Tony). “Gargamelle and Neutral Currents”. 《Sixty Symbols》. Brady Haran for the University of Nottingham.