약한 초전하는 전약력 게이지 군 SU(2) × U(1)의 U(1) 성분에 해당하는 양자수로, 전하와 약한 아이소스핀의 관계를 통해 정의된다. 표준 모형에서 초전하 할당은 모든 이상 현상의 상쇄를 요구하며, 약한 초전하는 바리온 수에서 렙톤 수의 차이와 관련이 있다. 약한 초전하는 겔만-니시지마 공식과 유사한 형태로 표현되며, 중성자 붕괴와 양성자 붕괴와 같은 입자 붕괴 현상과 연관된다. 표준 모형 내에서 U(1)의 게이지 이상 현상은 쿼크와 렙톤에 의해 상쇄된다. 이름은 약한 아이소스핀과의 관계 및 (강한) 아이소스핀과 초전하의 유사성에서 유래했다.
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표준 모형 - 글루온 글루온은 쿼크 사이의 색력을 전달하는 기본 입자로, 색전하를 지닌 벡터 보손이며, 양자색역학에 따라 8가지 종류가 존재하고, 쿼크와 상호작용하여 하드론을 형성하지만 색 가둠 현상으로 인해 자유롭게 관측되지는 않는다.
표준 모형 - 자발 대칭 깨짐 자발 대칭 깨짐은 물리 법칙은 특정 대칭성을 갖지만 계의 상태는 그렇지 않은 현상으로, 명시적 대칭성 깨짐과 대조되며 강자성체의 자발 자화, 힉스 메커니즘, 초전도 현상 등을 설명하는 데 사용된다.
핵물리학 - 핵분열 핵분열은 원자핵이 중성자와 충돌하여 두 개 이상의 조각으로 분열되는 현상으로, 막대한 에너지를 방출하며 원자력 발전과 핵무기에 응용되지만 방사성 폐기물 처리 등의 문제점을 가지고 있다.
핵물리학 - 알파 붕괴 알파 붕괴는 원자핵이 헬륨-4 원자핵인 알파 입자를 방출하여 원자 번호와 질량수가 감소하는 방사성 붕괴의 한 형태로, 무거운 원자핵에서 주로 발생하며 양자 터널링 효과로 설명되고 연기 감지기 등에 활용되지만 인체에 유해할 수도 있다.
입자물리학 - 전자볼트 전자볼트는 전자가 1볼트의 전위차를 통과할 때 얻거나 잃는 에너지 단위로, 1.602 × 10⁻¹⁹ 줄과 같으며, 다양한 물리학 분야와 공학에서 에너지, 질량, 운동량, 온도, 거리 등을 표현하는 데 널리 활용된다.
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따라서 중성자 붕괴는 바리온 수 ''B''와 렙톤 수 ''L''를 각각 보존하므로, 그 차이인 ''B'' − ''L'' 또한 보존된다.[1] 약한 초전하와 바리온 수 - 렙톤 수 (B−L)는 다음 관계식을 만족한다.
:
여기서 X는 GUT과 관련된 보존되는 양자수이다. 약한 초전하는 보존되므로, B - L도 표준 모형 및 여러 확장 모델에서 보존됨을 알 수 있다.[1]
6. 2. 양성자 붕괴
양성자 붕괴는 많은 대통일 이론에서 예측되는 현상이다. 이 가설적인 양성자 붕괴는 를 보존하지만, 렙톤 수와 바리온 수 보존 법칙을 각각 위배한다.[1]
약한 초전하와 바리온 수 - 렙톤 수 ()는 다음 관계식이 성립한다.
:
여기서 X는 GUT과 관련된 보존되는 양자수이다. 약한 초전하는 보존되므로, 도 표준 모형 및 많은 확장 모델 내에서 보존됨을 시사한다.[1]
7. 아노말리
표준 모형에서 U(1) 아노말리는 쿼크와 렙톤으로 상쇄된다. 아노말리 상쇄를 위해서는 쿼크와 렙톤이 같은 세대 수를 가져야 한다. 이는 표준 모형의 틀 내에서는 완전한 우연의 일치이며, 이론이 더 큰 대칭성에 포함되어 있을 가능성을 시사하며, 대통일 이론의 근거 중 하나가 되고 있다.
8. 어원
약한 초전하는 약한 아이소스핀과 관계있다. 그 관계가 입자의 맛깔 양자수인 (강한) 아이소스핀과 (강한) 초전하와 흡사하기 때문에 "약한 초전하"라는 이름이 붙었다. 그러나 초전하는 쿼크의 근사적인 맛깔 대칭을 나타내는 온곳 대칭인 반면, 약한 초전하는 자연계의 근본적인 전약력 대칭군을 나타내는 게이지 대칭이므로, 표면적인 유사성을 제외하고는 전혀 다른 종류의 양자수다.
참조
[1]
문서
Donoghue, Golowich and Holstein
[2]
문서
内山龍雄、Peskin and Schroeder
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