아래 쿼크

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 쿼크 모형의 등장
- 2.2. 쿼크의 발견
3. 질량
4. 베타 붕괴
참조

1. 개요

아래 쿼크는 1964년 머리 겔만과 조지 츠바이크가 제안한 쿼크 모형에서 위, 기묘 쿼크와 함께 처음 제시된 기본 입자 중 하나이다. 1950년대 '입자 동물원'으로 불리던 강입자들을 분류하기 위해 제안된 쿼크 모형은, 1968년 SLAC에서의 실험을 통해 양성자가 더 기본적인 입자로 구성되어 있다는 것이 확인되면서 점차 받아들여졌다. 아래 쿼크는 약한 상호작용을 통해 위 쿼크로 붕괴될 수 있으며, 베타 붕괴의 한 예시이다. 아래 쿼크의 질량은 약 4.5 ~ 5.3 MeV/c²로 추정된다.

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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 - 위 쿼크
위 쿼크는 쿼크 모형의 기본 입자 중 하나로, 양성자, 중성자 등의 강입자를 설명하는 데 중요한 역할을 하며, 파이 중간자, 델타 입자를 포함한 다양한 강입자를 구성한다.
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아래 쿼크
기본 정보
물질을 구성하는 기본 입자
종류	기본 입자
분류	페르미 입자
그룹	쿼크
세대	1세대
상호 작용	강한 상호작용 약한 상호작용 전자기 상호작용 중력
반입자	반다운 쿼크
이론화	머리 겔만 (1964년) 조지 츠바이크 (1964년)
발견	SLAC (1968년)
기호	d
질량	4.7 +0.5−0.3 MeV/c2
붕괴 방식	안정 또는 업 쿼크 + 전자 + 전자 반중성미자
전하	−1/3 e
색전하	있음
스핀	1/2 ħ
약한 아이소스핀	LH: −1/2 RH: 0
약한 초전하	LH: +1/3 RH: −2/3

2. 역사

20세기 초 입자 물리학 초창기에는 양성자, 중성자, 파이온과 같은 강입자들이 기본 입자로 여겨졌다. 하지만 새로운 입자들이 발견됨에 따라 1930~1940년대에 몇 안 되던 입자들은 1950년대에 '입자 동물원'이라 불릴 정도로 수십 개에 달하게 되었다. 1961년 머리 겔만^[19]과 유발 네만^[20]이 각각 독자적으로 강입자를 분류하는 팔정도(SU(3) 맛깔 대칭)를 제안할 때까지는 각각의 입자들이 서로 어떤 관계가 있는지 불확실했다.

2. 1. 쿼크 모형의 등장

20세기 초, 양성자, 중성자, 파이온 등의 강입자는 기본 입자로 여겨졌다. 그러나 새로운 입자들이 계속 발견되면서 '입자 동물원'이라 불릴 정도로 많은 수의 입자들이 존재하게 되었다. 1961년 머리 겔만^[19]과 유발 네만^[20]은 강입자를 분류하는 팔정도(SU(3) 맛깔 대칭)를 각각 독립적으로 제안하였다.

1964년 머리 겔만^[21]과 조지 츠바이크^[22]^[23]는 위, 아래, 기묘 쿼크로 구성된 쿼크 모형을 독립적으로 제시하였다.^[24] 이 쿼크 모형은 팔정도를 설명할 수 있었지만, 1968년 SLAC에서 쿼크가 처음 발견되기 전까지는 쿼크 존재에 대한 직접적인 증거는 없었다.^[25]^[26] 심층 비탄성 산란 실험은 양성자에 세부 구조가 있다는 것을 보여주었고, 이를 설명하기 위해 양성자가 더 근본적인 입자 3개로 구성되어 있다는 모형, 즉 쿼크 모형을 도입해야 했다.^[27]

처음에는 사람들이 이 세 입자를 쿼크로 받아들이기보다는 리처드 파인먼의 쪽입자 해석을 선호했지만,^[28]^[29]^[30] 시간이 흐르면서 쿼크 모형이 점차 받아들여졌다.(''11월 혁명'' 참고)^[31]

2. 2. 쿼크의 발견

1968년 SLAC에서 수행된 심층 비탄성 산란 실험은 양성자에 세부 구조가 있다는 것을 보여주었고, 이는 쿼크의 존재에 대한 직접적인 증거가 되었다.^[25]^[26]^[27] 초기에는 리처드 파인먼의 쪽입자 해석이 선호되기도 했으나,^[28]^[29]^[30] 시간이 지나면서 쿼크 모형이 점차 받아들여졌다.^[31]

3. 질량

다운 쿼크의 맨 질량은 정확하게 결정되지 않았으며, 대략 4.5 ~ 5.3 MeV/c² 사이로 추정된다.^[15] 격자 QCD 계산에 따르면 더 정확한 값은 4.790.16이다.^[16]

중간자(쿼크 하나와 반쿼크 하나로 이루어진 입자)나 중입자(쿼크 세 개로 이루어진 입자)에서 측정했을 때, 쿼크의 '유효 질량'은 각각의 쿼크를 묶어주는 글루온과의 결합 에너지 때문에 더 크게 측정된다. (질량-에너지 등가 참고) 예를 들어, 양성자 내 다운 쿼크의 유효 질량은 약 300MeV/c2이다. 다운 쿼크의 질량은 매우 작기 때문에, 정지 질량을 직접 계산하기 위해서는 상대성 이론을 고려해야 한다.

4. 베타 붕괴

다운 쿼크는 약한 상호작용을 통해 업 쿼크로 붕괴할 수 있는데, 이러한 현상을 베타 붕괴라고 한다.

참조

_[1] 논문 Review of Particle Physics http://pdglive.lbl.g[...]
_[2] 서적 The Eightfold Way Westview Press
_[3] 서적 The Eightfold Way Westview Press
_[4] 논문 A Schematic Model of Baryons and Mesons
_[5] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking
_[6] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II
_[7] 논문 Discovery of the Top Quark http://www.slac.stan[...] 2008-09-23
_[8] 논문 High-Energy Inelastic ''e''–''p'' Scattering at 6° and 10°
_[9] 논문 Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering https://www.slac.sta[...]
_[10] 웹사이트 The Road to the Nobel Prize http://www.hueuni.ed[...] Hue University 2008-09-29
_[11] 논문 Very High-Energy Collisions of Hadrons https://authors.libr[...]
_[12] 논문 CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects
_[13] 서적 Introduction to Elementary Particles https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
_[14] 서적 An introduction to quantum field theory https://archive.org/[...] Addison–Wesley
_[15] 웹사이트 PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b′, t′, Free)' http://pdg.lbl.gov/2[...] Particle Data Group 2013-07-23
_[16] 웹사이트 Mass of the Common Quark Finally Nailed Down http://news.sciencem[...] Science Magazine 2010-04
_[17] 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
_[18] 웹인용 PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b′, t′, Free)' http://pdg.lbl.gov/2[...] Particle Data Group 2013-07-23
_[19] 서적 The Eightfold Way Westview Press
_[20] 서적 The Eightfold Way Westview Press
_[21] 논문 A Schematic Model of Baryons and Mesons
_[22] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking
_[23] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II
_[24] 논문 Discovery of the Top Quark http://www.slac.stan[...] 2008-09-23
_[25] 논문 High-Energy Inelastic ''e''–''p'' Scattering at 6° and 10°
_[26] 논문 Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering
_[27] 웹인용 The Road to the Nobel Prize http://www.hueuni.ed[...] Hue University 2008-09-29
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_[29] 논문 CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects
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_[31] 서적 An introduction to quantum field theory https://archive.org/[...] Addison–Wesley
_[32] 웹인용 Mass of the Common Quark Finally Nailed Down http://www.sciencema[...] Science Magazine 2010-04

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