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위 쿼크

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목차

1. 개요

위 쿼크는 쿼크 모형을 구성하는 기본 입자 중 하나이다. 1960년대에 머리 겔만과 조지 츠바이크에 의해 제안되었으며, 양성자, 중성자 등의 강입자를 설명하는 데 중요한 역할을 한다. 위 쿼크는 파이 중간자, 델타 입자를 포함한 다양한 강입자를 구성하며, 정지 질량은 약 1.8~3.0 MeV/c²로 추정된다.

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2. 역사

20세기 초, 입자 물리학 초창기에는 양성자, 중성자, 파이온과 같은 강입자들이 기본 입자로 여겨졌다. 그러나 새로운 입자들이 발견되면서 '입자 동물원'은 1930~1940년대에 몇 안 되던 입자에서 1950년대에는 수십 개로 늘어났다. 1961년 머리 겔만[20]과 유발 네만[21]이 각각 독자적으로 강입자를 팔정도(SU(3) 맛깔 대칭)로 분류하기 전까지는, 이 입자들의 관계는 불확실했다.

이 분류 체계는 강입자를 아이소스핀 다중항으로 분류했지만, 그 물리적 토대는 여전히 불명확했다. 1964년 머리 겔만[22]과 조지 츠바이크[23][24]는 독자적으로 위, 아래, 기묘 쿼크로 구성된 쿼크 모형을 제시했다.[25] 그러나 이 쿼크 모형은 팔정도를 설명했지만, 1968년 SLAC에서 쿼크가 처음 발견될 때까지 쿼크 존재에 대한 직접적인 증거는 없었다.[26][27] 심층 비탄성 산란 실험은 양성자에 세부 구조가 있음을 보였고, 양성자가 더 근본적인 입자 3개로 구성되어야 이 현상을 설명할 수 있었다. (즉 쿼크 모형을 인정)[28]

처음에 사람들은 이 세 입자를 쿼크로 받아들이기보다 리처드 파인먼의 쪽입자 해석을 선호했지만,[29][30][31] 시간이 흐르면서 쿼크 모형이 점차 받아들여졌다. (11월 혁명 참고)[32]

3. 질량

위 쿼크의 정지 질량은 정확하게 결정되지 않았지만, 대략 1.8에서 3.0 MeV/c² 사이로 추정된다.[19][15] 격자 QCD 계산을 통해 얻은 더 정확한 값은 2.01 ± 0.14 MeV/c²이다.[33][16] 중간자나 중입자 내에서 측정되는 쿼크의 유효 질량은 글루온과의 결합 에너지 때문에 더 크게 측정된다.(질량-에너지 등가 참고) 위 쿼크의 질량은 매우 작기 때문에, 상대성 이론적 효과를 고려해야 정확한 계산이 가능하다.

4. 위 쿼크를 포함하는 강입자

위 쿼크는 아래 쿼크와 함께 핵자를 구성하는 쿼크이다. 양성자(uud)는 위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개로, 중성자(udd)는 위 쿼크 1개와 아래 쿼크 2개로 이루어져 있다.

4. 1. 중간자

머레이 겔만과 조지 츠바이크가 1964년에 쿼크 모형을 제창하면서 쿼크의 존재가 예측되었다.[1] 1968년 SLAC의 심비탄성 산란 실험에서 핵자가 더 작은 물체로 구성되었다는 최초의 증거가 발견되었다.[1]

양(+) 파이 중간자(π⁺)는 위 쿼크와 반다운 쿼크로 이루어진 메손이다.[1] 음(-) 파이 중간자(π⁻)는 반 위 쿼크와 아래 쿼크로 이루어진 메손이며, 양 및 음 로 중간자 (ρ±)도 이와 동일한 구성을 가진다.[1]

중성 파이 중간자(π⁰)는 위 쿼크 - 반 위 쿼크와 아래 쿼크 - 반 아래 쿼크가 선형 결합된 메손이다.[1] 중성 로 중간자(ρ⁰)나 오메가 중간자(ω)도 이와 동일한 구성을 가진다.[1]

에타 중간자(η) 및 에타 프라임 중간자(η')는 위-반 위, 아래-반 아래, 기묘-반 기묘의 선형 결합으로 구성된다.[1]

4. 2. 중입자

델타 입자(Δ)는 위 쿼크와 아래 쿼크만으로 구성된, 핵자와 비슷한 복합 입자이다. 이 외에도 많은 중입자가 위 쿼크를 1개 이상 포함하고 있다.

5. 같이 보기

참조

[1] 논문 Review of Particle Physics http://pdglive.lbl.g[...]
[2] 서적 The Eightfold Way Westview Press
[3] 서적 The Eightfold Way Westview Press
[4] 논문 A Schematic Model of Baryons and Mesons
[5] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking https://cds.cern.ch/[...]
[6] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II https://cds.cern.ch/[...]
[7] 논문 Discovery of the Top Quark http://www.slac.stan[...] 2008-09-23
[8] 논문 High-Energy Inelastic ''e''–''p'' Scattering at 6° and 10°
[9] 논문 Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering
[10] 웹사이트 The Road to the Nobel Prize http://www.hueuni.ed[...] Hue University 2008-09-29
[11] 논문 Very High-Energy Collisions of Hadrons http://authors.libra[...]
[12] 논문 CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects
[13] 서적 Introduction to Elementary Particles John Wiley & Sons
[14] 서적 An introduction to quantum field theory https://archive.org/[...] Addison–Wesley
[15] 웹사이트 PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)' http://pdg.lbl.gov/2[...] Particle Data Group 2013-02-21
[16] 웹사이트 Mass of the Common Quark Finally Nailed Down https://www.science.[...] Science Magazine "2010-04"
[17] 웹사이트 PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)' http://pdg.lbl.gov/2[...] Particle Data Group 2010-08-11
[18] 문서 핵자의 질량의 대부분은 쿼크를 결합하고있는 글루온 장의 에너지에 유래하고 있으며, 구성하는 쿼크의 질량의 합과는 큰 차이가있다.
[19] 웹인용 PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)' http://pdg.lbl.gov/2[...] 입자물리 데이터 그룹 2013-02-21
[20] 서적 The Eightfold Way Westview Press
[21] 논문 Derivation of strong interactions from gauge invariance
[22] 논문 A Schematic Model of Baryons and Mesons
[23] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking
[24] 논문 An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II
[25] 논문 Discovery of the Top Quark http://www.slac.stan[...] SLAC 2008-09-23
[26] 논문 High-Energy Inelastic ''e''–''p'' Scattering at 6° and 10°
[27] 논문 Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering
[28] 웹인용 The Road to the Nobel Prize http://www.hueuni.ed[...] Hue University 2008-09-29
[29] 논문 Very High-Energy Collisions of Hadrons
[30] 논문 CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects
[31] 서적 Introduction to Elementary Particles https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
[32] 서적 An introduction to quantum field theory https://archive.org/[...] Addison–Wesley
[33] 웹인용 Mass of the Common Quark Finally Nailed Down http://www.sciencema[...] Science Magazine "2010-04"


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