스칼라 꼭대기 쿼크
1. 개요
스칼라 꼭대기 쿼크(Stop squark)는 표준 모형의 계층 문제를 해결하는 초대칭(SUSY) 모형의 핵심 요소이다. 힉스 보손 질량을 안정화시키고, 대형 강입자 충돌기에서 발견될 가능성이 있다. R-패리티 보존 최소 초대칭 표준 모형에서 오른쪽 및 왼쪽 손 톱 쿼크의 스칼라 파트너는 섞여 두 개의 스톱 질량 고유 상태를 형성하며, 스톱은 바닥 쿼크와 차지노로 붕괴될 수 있고, 차지노는 가장 가벼운 중성미자로 붕괴될 수 있다. LHC의 ATLAS와 CMS 실험에서 스톱 스쿼크의 증거를 찾으려는 시도가 있었지만, 아직까지 발견된 신호는 없다.
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페르미온 -
페르미 기체
페르미 기체는 상호 작용이 없는 페르미온 집합으로, 파울리 배타 원리에 의해 축퇴압을 가지며, 자유 전자 모형의 근사로 사용되고, 페르미 에너지와 페르미 온도가 중요하며, 1차원, 3차원, 상대론적 효과, 상호작용, 페르미-디랙 분포 등을 포함한다. -
페르미온 -
쿼크
쿼크는 −⅓ 또는 +⅔ 기본 전하를 갖는 여섯 종류의 기본 입자로, 각각 반쿼크를 가지며, 하드론을 구성하고, 색전하를 지니며, 질량과 안정성이 다르고, 극한 조건에서 다양한 상을 나타내며, 이름은 소설에서 유래했다. -
스핀이 0인 아원자 입자 -
알파 입자
알파 입자는 헬륨 원자핵으로, 불안정한 원자핵의 알파 붕괴 시 방출되는 양전하 입자이며, 낮은 투과력에도 불구하고 체내 흡수 시 위험하고, 핵물리학 연구와 화재 경보기, 암 치료 등 다양한 분야에 응용된다. -
스핀이 0인 아원자 입자 -
골드스톤 보손
골드스톤 보손은 자발 대칭 깨짐으로 발생하는 질량 없는 스칼라 보손으로, 대칭성이 근사적일 경우 가벼운 질량을 가질 수 있으며, 게이지 대칭이 깨질 때에는 힉스 메커니즘에 따라 게이지 보손에 흡수되어 질량을 얻게 된다. -
입자물리학 -
전자볼트
전자볼트는 전자가 1볼트의 전위차를 통과할 때 얻거나 잃는 에너지 단위로, 1.602 × 10⁻¹⁹ 줄과 같으며, 다양한 물리학 분야와 공학에서 에너지, 질량, 운동량, 온도, 거리 등을 표현하는 데 널리 활용된다. -
입자물리학 -
알파 붕괴
알파 붕괴는 원자핵이 헬륨-4 원자핵인 알파 입자를 방출하여 원자 번호와 질량수가 감소하는 방사성 붕괴의 한 형태로, 무거운 원자핵에서 주로 발생하며 양자 터널링 효과로 설명되고 연기 감지기 등에 활용되지만 인체에 유해할 수도 있다.
2. 이론적 배경
스칼라 꼭대기 쿼크(스톱 쿼크)는 표준 모형의 계층 문제를 자연스러운 방식으로 해결하는 광범위한 초대칭(SUSY) 모형의 핵심 요소이다. 톱 쿼크의 보존 파트너는 질량이 약한 대칭 붕괴 에너지 척도에 근접할 경우, 힉스 보손 질량을 2차 발산하는 양자 보정으로부터 안정화시킨다. 만약 이 경우가 발생한다면 스톱 쿼크는 대형 강입자 충돌기에서 접근 가능할 것이다.
2.1. 초대칭 이론 (SUSY)
스톱 스쿼크는 표준 모형(SM)의 계층 문제를 자연스러운 방식으로 해결하는 광범위한 SUSY 모형의 핵심 요소이다. 톱 쿼크의 보존 파트너는 질량이 약한 대칭 붕괴 에너지 척도에 근접할 경우, 힉스 보손 질량을 2차 발산하는 양자 보정으로부터 안정화시킬 것이다. 만약 이 경우가 발생한다면 스톱 스쿼크는 대형 강입자 충돌기에서 접근 가능할 것이다. 일반적인 R-패리티 보존 최소 초대칭 표준 모형(MSSM)에서, 오른쪽 및 왼쪽 손 톱 쿼크의 스칼라 파트너는 섞여 두 개의 스톱 질량 고유 상태를 형성한다. SUSY 모형의 특정 세부 사항과 스파티클의 질량 계층에 따라, 스톱은 바닥 쿼크와 차지노로 붕괴될 수 있으며, 이어서 차지노는 가장 가벼운 중성미자(종종 가장 가벼운 초대칭 입자)로 붕괴된다.
2.2. 스톱 쿼크의 역할
스톱 스쿼크는 자연스러운 방식으로 표준 모형(SM)의 계층 문제를 해결하는 광범위한 SUSY 모형의 핵심 요소이다. 톱 쿼크의 보존 파트너는 질량이 약한 대칭 붕괴 에너지 척도에 근접할 경우, 힉스 보손 질량을 2차 발산하는 양자 보정으로부터 안정화시킬 것이다. 만약 이 경우가 발생한다면 스톱 스쿼크는 대형 강입자 충돌기에서 접근 가능할 것이다. 일반적인 R-패리티 보존 최소 초대칭 표준 모형(MSSM)에서, 오른쪽 및 왼쪽 손 톱 쿼크의 스칼라 파트너는 섞여 두 개의 스톱 질량 고유 상태를 형성한다. SUSY 모형의 특정 세부 사항과 스파티클의 질량 계층에 따라, 스톱은 바닥 쿼크와 차지노로 붕괴될 수 있으며, 이어서 차지노는 가장 가벼운 중성미자(종종 가장 가벼운 초대칭 입자)로 붕괴된다.
3. 실험적 증거
LHC의 ATLAS 실험과 CMS 실험에서 스톱 스쿼크(스칼라 꼭대기 쿼크)의 증거를 찾기 위한 많은 검색이 수행되었지만, 현재까지 어떠한 신호도 발견되지 않았다. 2019년 1월, CMS 협력단은 95% (2σ) 신뢰 수준에서 1230GeV만큼 큰 질량을 가진 스톱 스쿼크를 배제하는 결과를 발표했다.
3.1. 대형 강입자 충돌기 (LHC) 실험
LHC의 ATLAS 실험과 CMS 실험에서 스톱 스쿼크(스칼라 꼭대기 쿼크)의 증거를 찾기 위한 많은 검색이 수행되었지만, 현재까지 어떠한 신호도 발견되지 않았다.