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델타 중입자

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목차

1. 개요

델타 중입자는 업 쿼크(u)와 다운 쿼크(d)로 구성된 중입자로, 네 종류(Δ++, Δ+, Δ0, Δ-)가 존재하며 각기 다른 전하를 띤다. 약 1232 MeV/c²의 질량과 아이소스핀 3/2, 스핀 3/2을 갖는다. 델타 중입자는 1950년대 중반, 사이클로트론과 싱크로사이클로트론에서 가속된 파이온을 수소 표적에 충돌시키는 실험을 통해 발견되었으며, 쿼크 모형 발전에 중요한 단서를 제공했다. 델타 중입자는 강한 상호작용을 통해 핵자와 파이 중간자로 붕괴한다.

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델타 중입자
개요
종류아원자 입자
분류중입자
아원자 구성위 쿼크위 쿼크위 쿼크 (Δ++)
상호작용강한 상호작용, 약한 상호작용, 전자기 상호작용, 중력
통계페르미온
속성
질량1232 MeV/c²
스핀3/2, 5/2, 7/2 ...
아이소스핀3/2
기묘도0
맵시0
바닥ness0
꼭대기ness0
중입자 수1
상세 정보
구성 입자쿼크 3개
전하+2e (Δ++)
+1e (Δ+)
0e (Δ0)
−1e (Δ−)
아이소스핀 사영+3/2 (Δ++)
+1/2 (Δ+)
−1/2 (Δ0)
−3/2 (Δ−)
붕괴 생성물핵자 + 파이온
발견1950년대 초

2. 성질

델타 중입자(Δ)는 네 가지 종류로, Δ++ (uuu), Δ+ (uud), Δ0 (udd), Δ- (ddd)가 있으며, 각각 +2, +1, 0, -1의 전하를 띤다. 델타 중입자는 약 1232MeV/c2의 질량을 가지며, 아이소스핀은 3/2, 스핀은 3/2이다.[1] 일반적인 핵자(N, 양성자 또는 중성자)는 약 939MeV/c2의 질량을 가지며, 아이소스핀과 스핀은 모두 1/2이다.[1]

Δ+ (uud)와 Δ0 (udd)는 각각 양성자(uud)와 중성자(udd)의 들뜬 상태로 볼 수 있다.[1] 하지만 Δ++ (uuu)와 Δ- (ddd)는 직접 대응되는 핵자가 없다.[2] 예를 들어 Δ- (ddd)는 전하와 질량이 비슷하지만, 반양성자와는 관련이 없다.

델타 상태는 양성자와 중성자의 가장 낮은 질량의 양자 여기 상태일 뿐이다. 더 높은 스핀에서는 3/2, 5/2, 7/2, ..., 11/2에 ħ를 곱한 스핀을 가지는 더 높은 질량의 델타 상태가 나타나며, 이들은 모두 3/2 또는 1/2의 아이소스핀을 가진다.

또한, 해당 반쿼크로 구성된 반대 전하를 가진 반입자 델타 상태도 존재한다.

스핀이 3/2라는 것은 델타 입자를 구성하는 세 개의 쿼크가 모두 같은 방향을 향하고 있다는 것을 의미한다. 이는 3개 중 1개가 반대 방향을 향하고 있는 핵자와는 다른 점이다. 이 스핀 배열은 아이소스핀 양자수 3/2에 의해 보완되며, Δ+, Δ0를 1/2의 아이소스핀을 갖는 핵자와 구별한다.[4]

델타 입자 패밀리는 업 쿼크와 다운 쿼크의 전하를 더한 값으로 결정되는, 전하가 다른 네 개의 입자로 구성된다. 또한 전하가 반대인 반쿼크로 구성된 네 종류의 반입자도 존재한다. +2의 전하를 갖는 Δ++의 존재는 쿼크 모형의 발전에 결정적인 단서가 되었다.

3. 발견

델타 중입자는 1950년대 중반, 시카고 대학교의 사이클로트론[1][2]과 카네기 기술 연구소의 싱크로사이클로트론[3]에서 가속된 양의 파이온을 수소 표적에 충돌시키는 실험을 통해 발견되었다. 특히 전하가 +2e인 Δ++ 입자의 존재는 쿼크 모델의 발전에 중요한 단서가 되었다.

4. 생성과 붕괴

델타 중입자는 광자, 전자, 중성미자, 파이온 등의 에너지가 충분한 입자가 양성자나 중성자에 충돌하거나, 에너지가 충분한 핵자 쌍이 충돌할 때 생성된다. 생성된 델타 중입자는 강한 상호작용을 통해 매우 짧은 시간 안에 핵자(양성자 또는 중성자)와 파이온으로 붕괴한다. 붕괴 후 입자의 전하는 아이소스핀 결합에 의해 결정된다. 드물게 Δ+는 양성자와 광자로, Δ0은 중성자와 광자로 붕괴하기도 한다.

4. 1. 붕괴 모드

Δ 중입자는 모두 질량이 1232 MeV 정도로 강력을 통해 핵자(양성자나 중성자)와 적절한 전하를 가진 파이온으로 붕괴한다. 가능한 마지막 전하 상태의 상대적인 확률은 그 상대적인 아이소스핀 결합 상수에 의해 주어진다. 더 드물고 더 느리게 Δ+는 양성자와 광자로 붕괴하고 Δ0는 중성자와 광자로 붕괴한다.

모든 종류의 델타 입자는 강한 상호작용에 의해 핵자와 파이 중간자로 붕괴한다.[1] 최종 전하는 아이소스핀 결합에 의해 결정된다.[1] 낮은 확률로 시간을 들여 Δ+는 양성자와 광자, Δ0은 중성자와 광자로 붕괴될 수 있다.[1]

5. 델타 중입자 목록

델타 중입자[8][4][5]
입자 이름기호쿼크 구성질량 (MeV/c2)I3JPQ (e)SCB′T평균 수명 (s)일반적인 붕괴 입자
델타++ (1232)Δ++(1232)1,232 ± 2+++20000p+ + π+
델타+ (1232)Δ+(1232)1,232 ± 2+++10000π+ + n0 또는 π0 + p+
델타0 (1232)Δ0(1232)1,232 ± 2-+00000π0 + n0 또는 π- + p+
델타- (1232)Δ-(1232)1,232 ± 2-+-10000π- + n0


6. 추가 정보

더 높은 스핀을 갖는 더 무거운 델타 중입자 상태가 존재한다. 이들은 모두 3/2 또는 1/2의 아이소스핀 (전하에 따라 다름)을 가지며, 스핀은 3/2, 5/2, 7/2, ..., 11/2 에 ħ를 곱한 값으로 정의된다. 또한 해당 반쿼크로 구성된 반대 전하를 가진 반입자 델타 상태도 존재한다.

참조

[1] 간행물 Total cross-sections of positive pions in hydrogen 1952-03-01
[2] 간행물 Neutrons and gamma-rays from the proton bombardment of beryllium 1952-03-01
[3] 간행물 Pion-proton scattering at 150 and 170 Mev https://cds.cern.ch/[...] 1956-02-01
[4] 보고서 {{SubatomicParticle|Delta}}(1 232) http://pdg.lbl.gov/2[...]
[5] 문서 Particle listings ? http://pdg.lbl.gov/2[...] 2008
[6] 간행물 Total Cross Sections of Positive Pions in Hydrogen 1952
[7] 간행물 Pion Proton Scattering at 150 and 170 MeV 1956
[8] 문서 Particle listings – {{SubatomicParticle|Delta}}(1232) http://pdg.lbl.gov/2[...] 2013


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