끈 (물리학)
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1. 개요
끈(물리학)은 끈 이론에서 기본 구성 요소로, 형태와 성질에 따라 여러 종류로 분류된다. 끈은 연결 방식에 따라 닫힌 끈과 열린 끈으로 나뉘며, 닫힌 끈은 고리 형태, 열린 끈은 선분 형태를 가진다. 열린 끈은 D-막에 붙어 있어야 하며, I종 끈 이론에서는 열린 끈이 자유롭게 움직일 수 있다. 끈은 방향성을 가질 수 있으며, 유향 끈과 무향 끈으로 구분된다. 닫힌 끈의 무질량 진동 모드는 중력자, 딜라톤 등을 포함하며, 열린 끈의 무질량 진동 모드는 게이지 보손과 게이지노로 구성된다.
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2. 끈의 종류
끈 이론에서 끈은 열린 끈(두 끝점을 가진 선분 형태) 또는 닫힌 끈(원과 같은 고리 형태) 등 여러 가지 특수한 성질을 가질 수 있다.[1] 1995년 이전에는 초대칭 개념을 포함하는 5가지 버전의 초끈 이론과 초대칭이 없는 보존 끈 이론 2가지 버전이 알려져 있었는데, 이들은 끈의 종류와 기타 다른 측면에서 차이를 보였다. 오늘날 이러한 서로 다른 초끈 이론들은 M-이론이라고 불리는 단일 이론에서 서로 다른 극한 경우로 나타나는 것으로 생각된다.
끈은 매우 작아서, 오늘날의 입자 가속기로는 관측할 수 있는 것보다 훨씬 작다. 끈의 특징적인 길이 척도는 대략 플랑크 길이인 10−35미터 정도이며, 이 척도에서 양자 중력의 효과가 중요해지는 것으로 여겨진다.
끈이 시공간을 통해 전파될 때, 끈은 월드 시트라고 불리는 2차원 곡면을 쓸어낸다.
2. 1. 닫힌 끈과 열린 끈
끈은 연결된 방식에 따라 두 가지 주요 형태로 구분된다. 닫힌 끈(closed string영어)은 양 끝점이 서로 연결되어 고리 형태를 이루는 끈으로, 위상수학적으로 원과 같다. 열린 끈(open string영어)은 양 끝점이 분리된 선분 형태의 끈으로, 위상수학적으로 선분과 같다. 열린 끈의 끝점은 D-막(D-brane)이라는 특별한 막에 붙어 있어야 한다.[1]열린 끈의 무질량 진동 모드는 게이지 보손과 (초끈의 경우) 그 초대칭짝인 게이지노들이다. 닫힌 끈의 무질량 진동 모드는 중력자와 딜라톤, (유향 끈의 경우) 캘브-라몽 장(액시온), (초끈의 경우) 또 이들의 초대칭짝들인 그래비티노와 딜라티노이다.
2. 2. 진동 모드
끈은 조화 진동자처럼 진동할 수 있으며, 동일한 끈의 서로 다른 진동 상태는 서로 다른 유형의 입자로 해석된다.[1] 끈 이론에서, 서로 다른 주파수로 진동하는 끈은 현재 표준 모형에서 발견되는 여러 기본 입자를 구성한다. 열린 끈의 무질량 진동 모드는 게이지 보손과 그 초대칭짝인 게이지노들이다. 닫힌 끈의 무질량 진동 모드는 중력자와 딜라톤, (유향 끈의 경우) 캘브-라몽 장(액시온), (초끈의 경우) 또 이들의 초대칭짝들인 그래비티노와 딜라티노이다.2. 3. 유향성
오리엔티폴드 사영 유무에 따라, 끈은 향을 가지지 않을 수 있다. 오리엔티폴드 사영이 없는 공간에서의 끈을 '''유향 끈'''(oriented string영어)이라 하고, 오리엔티폴드 사영이 있는 경우를 '''무향 끈'''(unoriented string영어)이라고 한다. 유향 끈의 세계면은 항상 가향 곡면이지만, 무향 끈의 세계면은 비가향 곡면(뫼비우스 띠, 클라인 병 등)일 수 있다.[1]유향 닫힌 끈은 왼쪽으로 전파하는 진동과 오른쪽으로 전파하는 진동이 독립적이지만, 무향 닫힌 끈은 이 두 진동 모드가 서로 독립적이지 않다. I종 끈 이론에는 오리엔티폴드 사영이 존재하여, 모든 끈이 무향 끈이다.
끈은 또한 방향을 가질 수 있는데, 이는 끈을 반대 방향을 가진 끈과 구별하는 내부의 "화살표"로 생각할 수 있다. 반대로, 비방향 끈은 그러한 화살표가 없는 끈이다.
3. 끈의 세계면
끈이 시공간을 통해 전파됨에 따라, 끈은 월드 시트(세계면)라고 불리는 2차원 곡면을 쓸어낸다.[1] 이것은 점 입자가 그리는 1차원 월드라인과 유사하다. 끈의 물리학은 월드 시트와 관련된 2차원 등각장론을 사용하여 설명된다. 2차원 등각장론의 형식주의는 끈 이론 외에도, 예를 들어 응집 물질 물리학 및 순수 수학의 일부 분야에서도 많은 응용 분야를 가지고 있다.
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