차지노
1. 개요
차지노는 초대칭 이론에서 예측되는 입자 중 하나로, 위노와 힉시노가 혼합되어 형성된 두 종류의 질량 고유 상태 입자이다. 차지노는 디랙 페르미온으로, 전하를 띤 위노와 힉시노의 혼합 상태를 가진다. 초대칭 이론은 표준 모형의 한계를 극복하기 위해 페르미온과 보손 사이에 초대칭이라는 대칭성을 가정하며, 차지노는 이러한 초대칭 입자 중 하나이다.
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초대칭 -
양성자 붕괴
양성자 붕괴는 대통일 이론에서 예측하는 가설적인 현상으로, 양성자가 더 가벼운 입자들로 붕괴하며 중입자수 보존 법칙을 위반하는 현상이나, 아직 실험적으로 관측되지는 않았지만, 슈퍼-카미오칸데 실험 등을 통해 양성자의 최소 수명 하한선을 설정하고 이론 모델을 제한하는 데 사용된다. -
초대칭 -
최소 초대칭 표준 모형
최소 초대칭 표준 모형(MSSM)은 계층 문제를 해결하기 위해 도입된 표준 모형의 초대칭 확장으로, 게이지 결합 상수의 대통일, 암흑 물질 후보 제공, R-패리티를 통한 양성자 붕괴 안정성 설명, 연성 초대칭 깨짐 연산자 도입 등의 특징을 갖는다. -
가설상의 아원자 입자 -
중력자
중력자는 중력 상호작용을 매개하는 가상의 기본 입자로 여겨지지만, 양자화된 일반 상대성 이론의 문제로 인해 완전한 이론이 확립되지 않았으며, 중력파의 존재가 간접적으로 뒷받침하지만 직접적인 검출은 현재 불가능하고 질량에 대한 상한선이 제시되고 있으며 초대칭 파트너인 그라비티노의 존재가 예측된다. -
가설상의 아원자 입자 -
액시온
액시온은 강한 CP 문제 해결을 위해 제시된 페체이-퀸 이론에서 예측되는 가상의 입자로, 암흑 물질의 유력한 후보이며, 강한 자기장 내에서 광자로 변환될 수 있다는 예측으로 활발한 탐색이 진행 중이다.
2. 초대칭 이론과 차지노
초대칭 이론에서는 표준 모형의 한계를 극복하기 위해 페르미온과 보손 사이에 초대칭이라는 대칭성이 존재한다고 가정한다. 초대칭 이론에서는 일반적인 페르미온에 대응하는 보손이, 일반적인 보손에는 대응하는 페르미온이 초대칭 입자로서 존재한다고 예측된다. 약한 상호작용을 매개하는 게이지 보손인 W 보손은 전하를 띠므로, 양의 전하를 가진 입자와 음의 전하를 가진 반입자가 있으며, 이에 대응하는 초대칭 파트너로 각각 양과 음의 전하를 가진 두 종류의 위노가 예측된다. 한편, 소립자의 표준 모형을 최소한으로 확장한 초대칭 이론 모형에서는 힉스 보손이 2쌍 존재하므로, 2종류의 전하를 띤 힉스 보손에 대응하는 초대칭 파트너로 2종류의 전하를 띤 힉시노가 예측된다. 차지노는 이것들이 혼합된 2종류의 질량 고유 상태의 입자이며, 질량이 작은 쪽을 차지노-1, 큰 쪽을 차지노-2라고 부른다. 또한, 차지노는 디랙 페르미온이므로 왼쪽 감김과 오른쪽 감김 성분이 있지만, 각 성분은 전하가 양 또는 음인 위노와 전하를 띤 힉시노 중 하나가 혼합된 상태이다.
2.1. 초대칭 입자
초대칭 이론에서는 표준 모형의 모든 입자에 대해 초대칭 입자가 존재한다고 예측한다. 표준 모형의 페르미온에 대응하는 초대칭 입자를 스페르미온, 보손에 대응하는 초대칭 입자를 보시노라고 한다. 차지노는 전하를 띤 게이지 보손 (위노)과 힉스 보손 (힉시노)의 초대칭 파트너가 섞여 형성된 입자이다.
약한 상호작용을 매개하는 게이지 보손인 W 보손은 전하를 띠므로, 양의 전하를 가진 입자와 음의 전하를 가진 반입자가 있으며, 이에 대응하는 초대칭 파트너로 각각 양과 음의 전하를 가진 두 종류의 위노가 예측된다. 소립자의 표준 모형을 최소한으로 확장한 초대칭 이론 모형에서는 힉스 보손이 2쌍 존재하므로, 2종류의 전하를 띤 힉스 보손에 대응하는 초대칭 파트너로 2종류의 전하를 띤 힉시노가 예측된다. 차지노는 이것들이 혼합된 2종류의 질량 고유 상태의 입자이며, 질량이 작은 쪽을 차지노-1, 큰 쪽을 차지노-2라고 부른다. 또한, 차지노는 디랙 페르미온이므로 왼쪽 감김과 오른쪽 감김 성분이 있지만, 각 성분은 전하가 양 또는 음인 위노와 전하를 띤 힉시노 중 하나가 혼합된 상태이다.
2.2. 위노와 힉시노
위노(Wino)는 약한 상호작용을 매개하는 W 보손의 초대칭 파트너이다. 힉시노(Higgsino)는 힉스 보손의 초대칭 파트너이다. 초대칭 이론에서는 두 종류의 전하를 띤 힉스 보손이 존재하므로, 두 종류의 전하를 띤 힉시노가 예측된다. W 보손은 전하를 띠므로, 양의 전하를 가진 입자와 음의 전하를 가진 반입자가 있으며, 이에 대응하는 초대칭 파트너로 각각 양과 음의 전하를 가진 두 종류의 위노가 예측된다.
2.3. 차지노의 형성
차지노는 위노와 힉시노가 혼합되어 형성된 두 종류의 질량 고유 상태 입자이다. 질량이 작은 쪽을 차지노-1, 큰 쪽을 차지노-2라고 부른다. 초대칭 이론에 따르면, 일반적인 페르미온에 대응하는 보손이, 일반적인 보손에는 대응하는 페르미온이 초대칭 입자로서 존재한다고 예측된다. 약한 상호작용을 매개하는 게이지 보손인 W 보손은 전하를 띠므로, 양의 전하를 가진 입자와 음의 전하를 가진 반입자가 있으며, 이에 대응하는 초대칭 파트너로 각각 양과 음의 전하를 가진 두 종류의 위노가 예측된다. 소립자의 표준 모형을 최소한으로 확장한 초대칭 이론 모형에서는 힉스 보손이 2쌍 존재하므로, 2종류의 전하를 띤 힉스 보손에 대응하는 초대칭 파트너로 2종류의 전하를 띤 힉시노가 예측된다. 차지노는 디랙 페르미온이므로 왼쪽 감김과 오른쪽 감김 성분이 있지만, 각 성분은 전하가 양 또는 음인 위노와 전하를 띤 힉시노 중 하나가 혼합된 상태이다.