기묘 쿼크

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 쿼크 모형의 등장
- 2.2. 쿼크 모형의 발전과 표준모형
3. 기묘도를 가진 강입자
- 3.1. 중간자
- 3.2. 중입자 (바리온)
참조

1. 개요

기묘 쿼크는 쿼크 모형에서 세 가지 쿼크 중 하나로, 기묘도를 전달하는 입자이다. 20세기 초, 새로운 강입자들이 발견되면서 '입자 동물원' 시대가 도래했고, 머리 겔만과 니시지마 카즈히코는 기묘도 개념을 도입하여 이러한 현상을 설명하려 했다. 겔만과 유발 네만은 팔정도를 제안하여 강입자를 아이소스핀 다중항으로 분류했으며, 겔만과 조지 츠바이크는 쿼크 모형을 제안하여 아이소스핀과 기묘도의 물리적 근간을 설명했다. 기묘 쿼크는 K 중간자, 에타 중간자, 파이 중간자, 시그마 입자, 람다 입자, 크사이 입자, 오메가 입자 등 다양한 강입자를 구성하는 데 기여한다.

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쿼크 - 아이소스핀
아이소스핀은 핵자와 중간자를 분류하고 상호작용을 이해하기 위해 도입된 양자수로, 강력에 대한 양성자와 중성자의 유사한 상호작용에서 비롯되었으며, 쿼크 모형에서는 위 쿼크와 아래 쿼크를 섞는 대칭으로 설명되는 강한 상호작용의 SU(2) 대칭성을 나타낸다.
쿼크 - 아래 쿼크
쿼크는 강입자를 구성하는 기본 입자로, 쿼크 모형에서 처음 제안되었고 심층 비탄성 산란 실험을 통해 존재가 확인되었으며, 위 쿼크와 아래 쿼크는 핵자를 구성하는 요소이다.
기본 입자 - 전자
전자는 음전하를 띤 기본 입자로서 원자의 구성 요소이며 파동-입자 이중성을 가지고 양자역학으로 설명되며 전자기력, 약한 힘과 상호 작용하여 전자 현미경, 자유전자레이저, 반도체 기술 등에 활용된다.
기본 입자 - 광자
광자는 전자기파의 기본 입자이자 빛의 입자적 성질을 나타내는 양자이며, 전하를 띠지 않고 에너지와 운동량을 가지며 다양한 기술 분야에 응용된다.

기묘 쿼크
일반 정보
스트레인지 쿼크
종류	쿼크
군	페르미온
세대	2세대
상호작용	강한 상호작용, 약한 상호작용, 전자기력, 중력
반입자	스트레인지 반쿼크
이론화	머리 겔만(1964), 조지 츠바이크(1964)
발견	1968, SLAC
기호	s
질량	95 MeV/c² (+9/-3)
붕괴 입자	업 쿼크
전하	−⅓ e
색전하	있음
스핀	½ ħ
약한 아이소 스핀	LH: -½, RH: 0
약한 초전하	LH: ⅓, RH: −⅔
관련 입자
관련 입자	케이온, 스트레인지 D 중간자, 시그마 중간자

2. 역사

20세기 초, 양성자, 중성자, 파이온과 같은 강입자들은 기본 입자로 여겨졌다. 하지만 새로운 입자들이 발견되면서 1950년대에는 수십 개의 입자들이 알려지게 되었고, 이를 '입자 동물원'이라 불렀다. 머리 겔만과 니시지마 카즈히코는 입자들의 붕괴 현상을 연구하며 '기묘도'라는 개념을 발전시켰다.^[24]^[25]^[26] 1961년에는 겔만과 유발 네만이 강입자를 아이소스핀 다중항으로 정렬하는 팔정도 분류 체계를 제안했다.^[27]^[28]

이후 1964년 겔만과 조지 츠바이크가 쿼크 모형을 제안하면서 아이소스핀과 기묘도의 물리적 근간이 설명되었다.

2. 1. 쿼크 모형의 등장

20세기 초, 양성자, 중성자, 파이온 등은 기본 입자로 여겨졌다. 그러나 1930~1950년대에 새로운 강입자들이 발견되면서 '입자 동물원' 시대가 도래했다. 머리 겔만과 니시지마 카즈히코는 강입자 붕괴와 관련된 '기묘도' 개념을 도입했다.^[24]^[25]^[26] 겔만과 유발 네만은 강입자를 분류하는 팔정도를 제안했다.^[27]^[28] 1964년, 겔만과 조지 츠바이크는 독립적으로 쿼크 모형을 제안했다.^[29]^[30]^[31]^[32] 이 모형에서 위, 아래 쿼크는 아이소스핀을, 기묘 쿼크는 기묘도를 전달한다. 쿼크의 직접적인 증거는 1968년 스탠퍼드 선형 가속기 센터의 심층 비탄성 산란 실험을 통해 발견되었다.^[33]^[34]^[35] 처음에는 리처드 파인먼의 쪽입자 해석이 선호되었으나,^[36]^[37]^[38] 시간이 흐르면서 쿼크 모형이 점차 받아들여졌다.^[39]

2. 2. 쿼크 모형의 발전과 표준모형

1964년 머레이 겔만과 조지 츠바이크는 쿼크 모형을 제창하면서, 기묘도를 설명하기 위해 업 쿼크, 다운 쿼크와 함께 기묘 쿼크를 도입했다.^[9]^[10]^[11]^[12] 쿼크 모형은 팔중도를 설명했지만, 쿼크의 존재에 대한 직접적인 증거는 1968년 스탠퍼드 선형 가속기 센터에서의 실험 전까지는 없었다.^[13]^[14] 심각한 비탄성 산란 실험 결과, 양성자는 하부 구조를 가지며 세 개의 더 기본적인 입자로 구성되어 있다는 사실이 밝혀졌고, 이는 쿼크 모형을 뒷받침했다.^[15]

처음에는 사람들이 이 세 입자를 쿼크로 인정하기를 꺼려 리처드 파인만의 파트론 모형을 선호했지만,^[16]^[17]^[18] 시간이 지나면서 쿼크 이론이 받아들여졌다. 이를 11월 혁명이라고 부른다.^[19]

3. 기묘도를 가진 강입자

기묘 쿼크는 -1/3의 전하와 기묘도 -1을 가지며, 질량은 업 쿼크와 다운 쿼크 다음으로 가벼운 80~130 MeV이다. 1947년에 처음으로 기묘도를 가진 소립자인 K 중간자가 발견되었다.^[1] 겔만과 츠바이크는 1964년에 쿼크 모형을 제창하면서 기묘도를 담당하는 쿼크로 업 쿼크, 다운 쿼크와 함께 기묘 쿼크를 도입하였다. 사이드웨이 (Sideways) 쿼크라고도 불린다.^[1]

기묘 쿼크를 포함하는 강입자에는 중간자와 중입자(바리온)가 있다.

3. 1. 중간자

K 중간자를 비롯하여 기묘 쿼크(또는 반 기묘 쿼크)를 포함하는 중간자에는 다음이 있다.

에타 중간자 (η) 및 에타 프라임 중간자 (η')는 기묘-반 기묘 쿼크의 선형 결합을 포함한다.
파이 중간자 (φ)는 기묘-반 기묘 쿼크 쌍만으로 구성되며, 그 외의 쿼크는 포함하지 않는다.

3. 2. 중입자 (바리온)

하이페론으로 알려진 기묘 쿼크를 포함하는 바리온에는 시그마(Σ), 람다(Λ), 크사이(Ξ), 오메가(Ω) 입자가 있다.

참조

_[1] 논문 Review of Particle Physics http://pdglive.lbl.g[...]
_[2] 서적 Symbols, Units, Nomenclature and Fundamental Constants in Physics http://iupap.org/wp-[...] IUPAP 2017-03-25
_[3] 서적 Introduction to Modern Physics https://books.google[...] Academic Press 1983
_[4] 논문 Isotopic Spin and New Unstable Particles https://authors.libr[...]
_[5] 서적 Strange Beauty: Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics Random House
_[6] 논문 Charge Independence Theory of V Particles
_[7] 서적 The Eightfold Way Westview Press
_[8] 서적 The Eightfold Way Westview Press
_[9] 논문 A Schematic Model of Baryons and Mesons
_[10] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking
_[11] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II
_[12] 논문 Discovery of the Top Quark http://www.slac.stan[...] 2008-09-23
_[13] 논문 High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°
_[14] 논문 Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering
_[15] 웹사이트 The Road to the Nobel Prize http://www.hueuni.ed[...] Hue University 2008-09-29
_[16] 논문 Very High-Energy Collisions of Hadrons http://authors.libra[...]
_[17] 논문 CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects
_[18] 서적 Introduction to Elementary Particles https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
_[19] 서적 An introduction to quantum field theory https://archive.org/[...] Addison–Wesley
_[20] 웹사이트 PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)' http://pdg.lbl.gov/2[...] Particle Data Group 2010-08-11
_[21] 웹인용 PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b′, t′, Free)' http://pdg.lbl.gov/2[...] Particle Data Group 2012-11-30
_[22] 서적 Symbols, Units, Nomenclature and Fundamental Constants in Physics http://iupap.org/wp-[...] IUPAP 2017-03-25
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_[25] 서적 Strange Beauty: Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics https://books.google[...] Random House
_[26] 논문 Charge Independence Theory of V Particles
_[27] 서적 The Eightfold Way Westview Press
_[28] 서적 The Eightfold Way Westview Press
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_[36] 저널 Very High-Energy Collisions of Hadrons http://authors.libra[...]
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_[38] 서적 Introduction to Elementary Particles https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
_[39] 서적 An introduction to quantum field theory https://archive.org/[...] Addison–Wesley
_[40] 저널 Isotopic Spin and New Unstable Particles https://archive.org/[...]
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