초대칭짝
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1. 개요
초대칭짝은 초대칭성 이론에 의해 예측되는 입자로서, 각 페르미온은 보손 초대칭짝을, 각 보손은 페르미온 초대칭짝을 갖는다. '깨지지 않은' 초대칭성은 입자와 그 초대칭짝이 동일한 질량을 가질 것이라고 예측하지만, 아직까지 표준 모형 입자의 초대칭짝은 발견되지 않았다. 초대칭짝의 명명법은 보손의 초대칭짝인 페르미온은 이름 어미에 "-ino"를 붙이고, 페르미온의 초대칭짝인 보손은 이름 앞에 "s-"를 붙인다. 주요 초대칭 입자로는 게이지노, 힉시노, 스쿼크, 스렙톤 등이 있다. 만약 초대칭 이론이 옳다면, 고에너지 입자 가속기에서 이러한 입자들을 재현할 수 있을 것이다.
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| 초대칭짝 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 이론 | 초대칭 |
| 관련된 입자 | 기본 입자 |
| 반입자 | 자신 |
| 초대칭짝 | |
| 스쿼크 (쿼크의 초대칭짝) | 위 쿼크 → 스톱 쿼크 아래 쿼크 → 스바텀 쿼크 기묘 쿼크 → 스트레인지 스쿼크 맵시 쿼크 → 참 스쿼크 바닥 쿼크 → 보텀 스쿼크 꼭대기 쿼크 → 톱 스쿼크 |
| 슬렙톤 (렙톤의 초대칭짝) | 전자 → 셀렉트론 뮤온 → 스뮤온 타우 입자 → 스타우 전자 중성미자 → 스뉴트리노 뮤온 중성미자 → 스뮤온 뉴트리노 타우 중성미자 → 스타우 뉴트리노 |
| 게이지노 (게이지 보손의 초대칭짝) | 광자 → 포티노 글루온 → 글루이노 W보손 → 위노 Z보손 → 지노 힉스 보손 → 힉시노 |
| 중력자 | 중력자 → 그래비티노 |
| 특징 | |
| R-패리티 | R-패리티를 가짐 |
2. 이론적 예측
초대칭성 이론에 따르면, 각 페르미온은 페르미온의 초대칭 짝인 보손 파트너를 가져야 하며, 각 보손은 파트너 페르미온을 가져야 한다. ''깨지지 않은'' 초대칭성은 입자와 그 초대칭 짝이 동일한 질량을 가질 것이라고 예측한다. 아직까지 표준 모형 입자의 초대칭 짝은 발견되지 않았다. 이는 초대칭성이 틀렸음을 나타낼 수도 있고, 초대칭성이 자연의 정확하고 ''깨지지 않은'' 대칭성이 아니라는 사실의 결과일 수도 있다. 만약 초대칭 짝이 발견된다면, 그들의 질량은 초대칭성이 깨지는 규모를 나타낼 것이다.[2][4]
만약 초대칭 이론이 옳다면, 이러한 입자들을 고에너지 입자 가속기에서 재현하는 것이 가능할 것이다. 그렇게 하는 것은 쉬운 일이 아닐 것이다. 이 입자들은 대응하는 "실제" 입자보다 최대 천 배나 더 큰 질량을 가질 수 있기 때문이다.[2]
페르미온의 초대칭 짝인 보손은 원래 페르미 입자 이름의 머리에 s-를 붙인다. s-는 스칼라의 약자로, 페르미온에 대한 초대칭 입자는 스핀이 0인 스칼라 입자임을 나타낸다. '스칼라'를 줄여 쓰지 않고 머리에 붙이는 경우도 있다.
초대칭성 이론에 따르면, 각 페르미온은 그에 대응하는 보손 초대칭 짝을 가지며, 각 보손은 페르미온 초대칭 짝을 가진다.[2][4] 만약 초대칭 짝이 발견된다면, 그 질량은 초대칭성이 깨지는 규모를 나타낼 것이다.[2][4]
실제 스칼라(예: 액시온) 입자의 경우, 페르미온 초대칭 짝과 두 번째 실제 스칼라 장이 있다. 액시온의 경우, 이러한 입자를 종종 액시노와 색시온이라고 부른다.
확장된 초대칭성에서는 주어진 입자에 대해 둘 이상의 초대칭 입자가 있을 수 있다. 예를 들어, 4차원에 초대칭성의 두 복사본이 있는 경우, 광자는 두 개의 페르미온 초대칭 짝과 스칼라 초대칭 짝을 갖게 된다.
0차원에서는 초대칭성을 가질 수 있지만, 초대칭 짝은 없다. 그러나 이것은 초대칭성이 초대칭 짝의 존재를 의미하지 않는 유일한 상황이다.
3. 초대칭 파트너 재현 시도
일부 연구자들은 CERN의 대형 강입자 충돌기가 초대칭짝 입자의 존재에 대한 증거를 생성할 수 있기를 희망했지만,[2] 2018년 현재까지 그러한 증거는 발견되지 않았다.
4. 명명법
보손의 초대칭 짝인 페르미온은 원래 보스 입자 이름의 어미에 -ino를 붙인다. -ino는 "작은"이라는 의미이다.
액시온의 경우, 페르미온 초대칭 짝과 두 번째 실제 스칼라 장이 있는데, 이러한 입자를 종종 액시노와 색시온이라고 부른다.[2][4]
5. 주요 초대칭 입자
초대칭 입자 표준 모형 입자 보시노(bosino) (통상의) 보손 스페르미온(sfermion) (통상의) 페르미온
5. 1. 보시노 (Bosino) ⇔ (통상의) 보손
게이지 보손의 초대칭짝은 게이지노이다.[2][4] 광자의 초대칭짝은 포티노, W 보손의 초대칭짝은 위노, Z 보손의 초대칭짝은 지노, 글루온의 초대칭짝은 글루이노, 중력자의 초대칭짝은 그래비티노이다.
힉스 보손의 초대칭짝은 힉시노이다.[2][4] 중성 힉스 보손의 초대칭짝은 중성 힉시노, 하전 힉스 보손의 초대칭짝은 하전 힉시노이다.
포티노, 지노, 중성 힉시노는 서로 섞여 뉴트랄리노를 이룬다. 위노와 하전 힉시노는 서로 섞여 차지노를 이룬다.
액시온의 초대칭짝은 악시노이다.[2][4]
5. 2. 스페르미온 (Sfermion) ⇔ (통상의) 페르미온
초대칭성 이론에 따르면, 각 페르미온은 그 초대칭 짝인 보손 파트너를 가져야 하며, 각 보손은 파트너 페르미온을 가져야 한다.[2][4]
실제 스칼라(예: 액시온) 입자의 경우, 페르미온 초대칭 짝과 두 번째 실제 스칼라 장이 있다. 액시온의 경우, 이러한 입자를 종종 악시노와 색시온이라고 부른다.
참조
[1]
서적
Particle Physics in Laboratory, Space and Universe
World Scientific
2005
[2]
논문
Meet a superpartner at the LHC
American Physical Society
2010-11-22
[3]
뉴스
A Giant Takes On Physics' Biggest Questions
https://www.nytimes.[...]
2011-02-21
[4]
논문
Sidebar: Solving the Higgs Puzzle
http://www.scientifi[...]
Nature Publishing Group
2008-01-17
[5]
웹사이트
SupersymmetryPublicResults < AtlasPublic < TWiki
https://twiki.cern.c[...]
2019-04-21
[6]
웹사이트
PhysicsResultsSUS < CMSPublic < TWiki
https://twiki.cern.c[...]
2019-04-21
[7]
웹사이트
Search for squarks and gluinos in final states with jets and missing transverse momentum using 139 fb−1 of √ 𝒔 =13 TeV 𝒑 𝒑 collision data with the ATLAS detector
https://arxiv.org/pd[...]
arxiv
2021-01-18
[8]
웹사이트
250 GeV ILC の物理の意義
https://www.scj.go.j[...]
2023-04-15
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