중성 흐름

1. 개요

중성 흐름은 중성 입자인 중성미자가 관여하는 약한 상호작용의 한 유형이다. Z보손을 매개로 하며, 모든 표준 모형 입자와 결합할 수 있지만, 전하를 가진 입자 간에는 광자도 함께 주고받을 수 있다. 중성 흐름은 압두스 살람, 셸던 글래쇼, 스티븐 와인버그에 의해 예측되었으며, 1973년 CERN의 중성미자 실험에서 처음으로 관측되었다.

2. 정의

중성 흐름이라는 이름은 이 상호작용에 참여하는 입자인 중성미자의 성질에서 따온 것이다. 예를 들어, 전자 중성미자와 전자의 탄성 산란 진폭에 대한 중성 흐름의 기여는 다음과 같다.

:$\backslash mathfrak\{M\}^\backslash mathsf\{NC\}\; ~\backslash propto~\; J\_\backslash mu^\{\backslash mathsf\{(NC)\}\}(\backslash nu\_\backslash mathrm\{e\}\; )\; \backslash ;\; J^\{\backslash mathsf\{(NC)\}\backslash \; \backslash mu\}(\backslash mathrm\{e^\{-\}\})\backslash \; ,$

여기서 중성미자와 전자의 흐름을 설명하는 중성 흐름은 다음과 같이 주어진다.

:$J^\{\; \backslash mathsf\{(NC)\}\backslash \; \backslash mu\; \}(f)\; =\; \backslash bar\{u\}\_\{f\}\backslash \; \backslash gamma^\backslash mu\backslash \; \backslash frac\{1\}\{2\}\; \backslash left(\; g^\{f\}\_\backslash mathsf\{V\}\; -\; g^\{f\}\_\backslash mathsf\{A\}\backslash \; \backslash gamma^\{5\}\; \backslash right)\backslash \; u\_\{f\}\backslash \; ,$

여기서:

:$g^\{f\}\_\backslash mathsf\{V\}\; =\; T\_3(f)\; -\; 2\backslash sin^2\backslash theta\_\backslash mathsf\{W\}\backslash \; Q(f)\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\}\backslash \; Q\_\backslash mathsf\{W\}(f)$

$\backslash \; g^\{f\}\_\backslash mathsf\{A\}\; =\; T\_3(f)\backslash$는 페르미온 $\backslash \; f\; ~.$에 대한 벡터 결합 및 축 결합이다. $\backslash \; T\_3\backslash$는 페르미온의 약한 아이소스핀, 는 그들의 전하, $\backslash \; Q\_\backslash mathsf\{W\}\backslash$는 그들의 약전하를 나타낸다. 이러한 결합은 본질적으로 중성미자에는 왼쪽 키랄, 하전 렙톤에는 축 방향이다.

Z보손은 광자와 글루온을 제외한 모든 표준 모형 입자들과 결합이 가능하다. 하지만 상호작용하는 두 입자가 모두 전하를 가졌을 경우, Z보손에 더해 광자까지 주고받을 수 있다. 상호작용하는 입자가 Z보손 질량(91 GeV) 이상의 에너지를 갖고 있지 않을 경우, Z보손 주고받음의 효과는$~(E/M\_Z)^2$로 전자기 상호작용 과정의 전체 진폭에서 차지하는 비중은 대단히 작다.

중성미자를 포함하는 Z보손 상호작용은 독특한 특징이 있는데, 중성미자는 W보손을 주고받을 때는 비탄성 충돌에 가깝게 산란하며, Z보손을 주고받을 때는 거의 탄성 충돌에 가깝게 산란하는 특성이 있다.

약한 중성 흐름은 압두스 살람, 셸던 글래쇼, 스티븐 와인버그에 의해 예견되었고, 1973년에 CERN의 가르가멜 거품 상자에서 수행된 중성미자 실험에서 확인되었다.

3. 상세

4. 역사

5. 한국의 기여