바닥 쿼크
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1. 개요
바닥 쿼크는 1973년 고바야시 마코토와 마스카와 도시히데가 CP 대칭성 깨짐 현상을 설명하기 위해 이론적으로 예측한 쿼크의 일종이다. 1977년 페르미 국립 가속기 연구소의 E288 실험팀에 의해 실험적으로 발견되었으며, 약 4.18 GeV/c²의 정지 질량을 가진다. 바닥 쿼크는 약한 상호작용을 통해 붕괴하며, B-표지 기술을 이용한 CP 대칭성 깨짐 연구에 활용된다. 바닥 쿼크를 포함하는 강입자로는 B 중간자, 맵시 B 중간자, 기묘 B 중간자, 입실론 중간자, 바닥 중입자 등이 있다.
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| 바닥 쿼크 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
![]() | |
| 종류 | 페르미온 |
| 그룹 | 쿼크 |
| 세대 | 3세대 |
| 상호작용 | 강한 상호작용, 약한 상호작용, 전자기력, 중력 |
| 반입자 | 반바닥 쿼크 |
| 이론화 | 고바야시 마코토, 마스카와 도시히데 (1973년) |
| 발견 | 리언 레더먼 외 (1977년) |
| 기호 | b |
| 질량 | 4.18 (+0.04/-0.03) GeV/c2 (최소 뺄셈 방식) |
| 질량 (1S 방식) | 4.65 (+0.03/-0.03) GeV/c2 (1S 방식) |
| 붕괴 입자 | 맵시 쿼크, 위 쿼크 |
| 전하 | -1/3 e |
| 색전하 | 가짐 |
| 스핀 | 1/2 ħ |
| 약한 아이소스핀 (LH) | -1/2 |
| 약한 아이소스핀 (RH) | 0 |
| 약한 초전하 (LH) | 1/3 |
| 약한 초전하 (RH) | -2/3 |
2. 이름과 역사
1973년, 일본의 물리학자 고바야시 마코토와 마스카와 도시히데는 K 중간자에서 발견된 CP 대칭성 깨짐 현상을 설명하기 위해 세 번째 세대의 쿼크, 즉 바닥 쿼크의 존재를 이론적으로 예측했다.[19] 1975년, 하임 하라리가 "바닥"이라는 이름을 붙였다.[20][21]
바닥 쿼크의 정지 질량은 약 4.2GeV/c2[18]이며, 양성자 질량의 약 4배로, 다른 "가벼운" 쿼크들에 비해 매우 무겁다.[2]
1977년, 리언 레더먼이 이끄는 페르미 국립 가속기 연구소의 E288 실험팀은 바닥 쿼코늄을 발견함으로써 바닥 쿼크의 존재를 실험적으로 증명하였다.[17][22][23] 이들은 양성자-핵자 충돌을 통해 바텀늄이 생성되어 뮤온 쌍으로 붕괴되는 것을 관찰했다.[1][7][8] 약 1년 후 DESY의 전자-양전자 충돌기인 DORIS에서 PLUTO 및 DASP2 협력 연구에 의해 확인되었다.[9][10]
고바야시와 마스카와는 CP 대칭성 깨짐에 대한 설명으로 2008년에 노벨 물리학상을 수상했다.[24][25][11][12]
바닥 쿼크가 발견되었을 당시, "아름다움"(beauty)이라는 이름을 사용하려는 시도도 있었으나, "꼭대기"와 "바닥"이 "위"와 "아래"에 대응되는 개념으로 사용되면서 "바닥"이라는 이름이 널리 쓰이게 되었다.
3. 고유한 특징
바닥 쿼크는 약한 상호작용을 통해 꼭대기 쿼크로 붕괴하는 것이 일반적이지만, 위 쿼크나 맵시 쿼크로도 붕괴할 수 있다. 이러한 붕괴 과정은 CKM 행렬에 의해 결정된다.[13][26] 바닥 쿼크의 붕괴는 억제되어 평균 수명이 약 10−12 초로, 맵시 입자(약 10−13 초)보다는 길지만 기묘 입자(약 10−10에서 ~10−8 초)보다는 짧다.
높은 질량과 낮은 전이율 덕분에 바닥 쿼크는 B-표지 기술을 사용하여 비교적 쉽게 식별할 수 있으며, 이는 CP 대칭성 깨짐 연구에 유용하게 활용된다. BaBar, Belle, LHCb 실험 등이 대표적인 예시이다.
4. 바닥 쿼크를 포함하는 강입자
참조
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2009-07-24
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2012-12-18
[4]
논문
CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction
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논문
A new quark model for hadrons
[6]
서적
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[7]
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[8]
논문
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https://cds.cern.ch/[...]
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[11]
웹사이트
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2008 Physics Nobel Prize lecture by Toshihide Maskawa
http://nobelprize.or[...]
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Georgia State University
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