람다 중입자

1. 개요

람다 중입자는 1947년 우주선과의 상호작용에서 처음 발견된 입자이다. 람다 중입자는 업 쿼크, 다운 쿼크, 그리고 세 번째 쿼크로 구성된 중입자로, 세 번째 쿼크의 종류에 따라 중성 람다 중입자, 맵시있는 람다 중입자, 바닥 람다 중입자로 분류된다. 중성 람다 중입자는 스트레인지 쿼크를 포함하며, 맵시있는 람다 중입자는 참 쿼크, 바닥 람다 중입자는 바닥 쿼크를 포함한다. 람다 중입자는 중성 시그마 중입자와 쿼크 구성이 같지만, 아이소스핀, 질량, 수명에서 차이를 보인다.

2. 역사

1947년 우주선에서 최초의 기묘한 입자인 전하를 띤 케이온이 발견된 후, 1951년 스페인의 라파엘 아르멘테로스, 영국의 클리퍼드 버틀러 등은 두 종류의 중성 기묘 입자를 추가로 발견했다. 이는 오늘날의 중성 케이온과 기묘한 람다에 해당한다.

당시 이론에 따르면 람다 입자는 매우 짧은 반감기(약 10^-23 초)를 가져야 했지만, 실험 결과 람다 입자는 그보다 훨씬 긴 수명(약 10^-10 초)을 보였다. 이는 "기묘도"라는 새로운 특성 때문이며, 기묘 쿼크의 발견으로 이어졌다. 또한, 이러한 발견은 가벼운 입자가 기묘도를 나타낼 경우 (입자 붕괴의 비약한 방법이 붕괴하는 중입자의 기묘도를 보존해야 하기 때문에) 그렇게 빨리 붕괴되지 않는다는 기묘도 보존 원리로 이어졌다.

멜버른 대학교의 V. D. 호퍼와 S. 비스와스는 1950년 10월 붕괴 생성물로 양성자를 갖는 중성 V 입자인 최초의 람다 중입자(Λ⁰)를 발견했으며, 이는 메손이 아닌 중입자로 올바르게 구별되었다. 이 입자는 10^-23 초 동안 존재할 것으로 예상되었지만, 실제로는 10^-10 초 동안 존재했다.

1974년과 1975년, 페르미 국립 가속기 연구소의 국제 연구팀은 맵시있는 람다 중입자 (Λ⁺_c)의 존재를 확인했다.

2011년, 토머스 제퍼슨 국립 가속기 연구소 연구팀은 Λ(1520)의 복소 에너지 평면 극 위치를 추출, 기존 값보다 작은 질량(1518.8 MeV)과 폭(17.2 MeV)을 보고했다.

3. 람다 중입자의 종류

람다 중입자는 업 쿼크(u), 다운 쿼크(d), 그리고 세 번째 쿼크로 구성된다. 세 번째 쿼크의 종류에 따라 람다 중입자의 종류가 결정된다.

^† 아직 발견되지 않음. 표준 모형에 따르면 탑 쿼크(t)를 포함하는 람다 중입자($\backslash Lambda\_t^+$)는 존재할 수 있지만, 탑 쿼크의 극도로 짧은 수명 때문에 관측되지 않을 것으로 예상된다.

3.1. 중성 람다 중입자 (Λ⁰)

Neutral lambda baryon^영어 (Λ⁰)는 업 쿼크(u), 다운 쿼크(d), 스트레인지 쿼크(s)로 구성된 중성 중입자이다. (uds) 질량은 MeV/c²이며, 아이소스핀은 0, 스핀-패리티는 1/2⁺이다. 전하는 중성이며, 기묘도는 -1이다. 평균 수명은 초이며, 주로 양성자와 π^- 또는 중성자와 π⁰으로 붕괴한다.

중성 람다 중입자는 1950년 10월 멜버른 대학교의 V. D. 호퍼와 S. 비스와스에 의해 처음 발견되었다. 이들은 우주선에 의해 생성되었고 약 21336.00m 상공의 풍선에 실린 사진 유제에서 탐지되었다. 붕괴 생성물로 양성자를 갖는 중성 V 입자였으며, 메손이 아닌 중입자로 올바르게 구별되었다. 이는 1947년 로체스터와 버틀러에 의해 발견된 K 중간자와는 종류가 달랐다.

이 입자는 동안 존재할 것으로 예상되었지만, 실제로는 동안 존재했다. 이렇게 오랫동안 존재하게 하는 특성은 기묘도라고 불리며 기묘 쿼크의 발견으로 이어졌다. 또한, 이러한 발견은 기묘도 보존이라는 원리로 이어졌으며, 이 원리에 따르면 가벼운 입자는 기묘도를 나타낼 경우 (입자 붕괴의 비약한 방법이 붕괴하는 중입자의 기묘도를 보존해야 하기 때문에) 그렇게 빨리 붕괴되지 않는다.

3.2. 맵시있는 람다 중입자 (Λ⁺_c)

맵시있는 람다 중입자($\backslash Lambda\_c^+$)는 업 쿼크(u), 다운 쿼크(d), 참 쿼크(c)로 구성된 입자이다. (udc)

3.3. 바닥 람다 중입자 (Λ⁰_b)

바닥 람다 중입자($\backslash Lambda\_b^0$)는 업 쿼크(u), 다운 쿼크(d), 바닥 쿼크(b)로 구성된 입자이다. 질량은 약 5620.2 MeV/c², 아이소스핀은 0, 스핀-패리티는 1/2⁺이다. 전하는 중성이며, 기묘도와 맵시는 0, 바닥성은 -1이다. 평균 수명은 약 1.409 × 10^-12 초이다.

4. 하이퍼핵

람다 중입자는 하이퍼핵이라고 불리는 원자핵에서도 관찰되었다. 하이퍼핵은 일반적인 핵과 같은 수의 양성자와 중성자를 포함하지만, 하나 또는 드물게는 두 개의 람다 입자를 포함한다. 이 경우, 람다는 핵의 중심부로 들어가는데, 양성자나 중성자가 아니므로 파울리 배타 원리의 영향을 받지 않는다. 람다는 강한 핵력을 통해 핵을 더 단단하게 묶는 역할을 한다. 리튬 동위 원소 ()에서 람다 중입자는 핵을 19% 더 작게 만들었다.

5. 람다 중입자와 중성 시그마 중입자의 비교

중성 람다 중입자(Λ⁰)와 중성 시그마 중입자(Σ⁰)는 모두 업 쿼크(u), 다운 쿼크(d), 스트레인지 쿼크(s)로 구성되어 있다. 그러나 중성 시그마 중입자는 아이소스핀이 1인 반면, 중성 람다 중입자는 아이소스핀이 0이다. 또한, 중성 시그마 중입자의 질량이 더 크고 수명이 훨씬 짧으며, 주로 람다 중입자와 광자로 붕괴한다.