맨위로가기

중력미자

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

중력미자는 초대칭 중력과 관련된 가상의 입자이다. 머레이 겔만과 피터 반 니우웬호이젠은 이 입자를 '헤미트론'으로 명명하려 했으나, 출판 과정에서 '질량이 없는 라리타-슈윙거 입자'로 제안되었고, 시드니 콜먼과 하인츠 파겔스가 현재의 '중력미자'라는 이름을 붙였다. 중력미자의 질량이 TeV 정도라면, 표준 우주론 모형에 문제를 야기할 수 있으며, 안정하거나 불안정할 수 있다. 안정적인 중력미자는 암흑 물질의 후보가 될 수 있지만, 밀도 문제가 발생한다. 불안정한 중력미자는 붕괴를 통해 문제를 해결할 수 있지만, 붕괴 과정에서 생성되는 고에너지 입자가 관측 결과와 모순될 수 있다. 이러한 문제에 대한 해결책으로 분리된 초대칭 모형과 R-패리티 위반이 제시된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 가설상의 아원자 입자 - 중력자
    중력자는 중력 상호작용을 매개하는 가상의 기본 입자로 여겨지지만, 양자화된 일반 상대성 이론의 문제로 인해 완전한 이론이 확립되지 않았으며, 중력파의 존재가 간접적으로 뒷받침하지만 직접적인 검출은 현재 불가능하고 질량에 대한 상한선이 제시되고 있으며 초대칭 파트너인 그라비티노의 존재가 예측된다.
  • 가설상의 아원자 입자 - 액시온
    액시온은 강한 CP 문제 해결을 위해 제시된 페체이-퀸 이론에서 예측되는 가상의 입자로, 암흑 물질의 유력한 후보이며, 강한 자기장 내에서 광자로 변환될 수 있다는 예측으로 활발한 탐색이 진행 중이다.
  • 양자중력 - 중력자
    중력자는 중력 상호작용을 매개하는 가상의 기본 입자로 여겨지지만, 양자화된 일반 상대성 이론의 문제로 인해 완전한 이론이 확립되지 않았으며, 중력파의 존재가 간접적으로 뒷받침하지만 직접적인 검출은 현재 불가능하고 질량에 대한 상한선이 제시되고 있으며 초대칭 파트너인 그라비티노의 존재가 예측된다.
  • 양자중력 - 양자 중력
    양자 중력은 양자역학과 일반 상대성이론을 통합하여 중력이 강한 극한 조건에서 발생하는 이론적 모순을 해결하려는 시도로, 재규격화 불능성과 시공간 배경 의존성 차이 등의 난제 해결을 위해 끈 이론, 루프 양자 중력 등 다양한 접근 방식이 연구되고 있으며, 우주 마이크로파 배경 데이터 등을 이용한 실험적 검증이 시도되고 있다.
  • 초대칭 - 양성자 붕괴
    양성자 붕괴는 대통일 이론에서 예측하는 가설적인 현상으로, 양성자가 더 가벼운 입자들로 붕괴하며 중입자수 보존 법칙을 위반하는 현상이나, 아직 실험적으로 관측되지는 않았지만, 슈퍼-카미오칸데 실험 등을 통해 양성자의 최소 수명 하한선을 설정하고 이론 모델을 제한하는 데 사용된다.
  • 초대칭 - 최소 초대칭 표준 모형
    최소 초대칭 표준 모형(MSSM)은 계층 문제를 해결하기 위해 도입된 표준 모형의 초대칭 확장으로, 게이지 결합 상수의 대통일, 암흑 물질 후보 제공, R-패리티를 통한 양성자 붕괴 안정성 설명, 연성 초대칭 깨짐 연산자 도입 등의 특징을 갖는다.
중력미자
입자 정보
이름중력미자
무리라리타-슈윙거 페르미온
발견(미발견)
기호G̃
전하0
스핀1½
일반 정보
종류기본 입자
통계페르미온
상호 작용중력
반입자자기 자신
상태가설적
이론화알 수 없음
발견알 수 없음
질량알 수 없음
평균 수명알 수 없음
붕괴 입자알 수 없음
전하0 e
색 전하알 수 없음
스핀3/2

2. 역사

머레이 겔만과 피터 반 니우웬호이젠은 초대칭 중력과 관련된 스핀-3/2 입자를 '헤미트론'(반-3)으로 부르려고 했으나, ''피지컬 리뷰'' 편집자들은 이 이름을 좋아하지 않아 1977년 출판물에 '질량이 없는 라리타-슈윙거 입자'를 제안했다.[1][2] 시드니 콜먼과 하인츠 파겔스가 현재의 '중력미자'라는 이름을 제안했지만,[3] 이 용어는 1954년 펠릭스 피라니가 정지 질량이 0인 음 에너지 여기의 한 종류를 설명하기 위해 처음 만들었다.[4]

2. 1. 초기 개념

머레이 겔만과 피터 반 니우웬호이젠은 초대칭 중력과 관련된 스핀-3/2 입자를 '헤미트론'(반-3)으로 부르려고 했지만, ''피지컬 리뷰'' 편집자들은 이 이름을 좋아하지 않아 1977년 출판물에 '질량이 없는 라리타-슈윙거 입자'를 제안했다.[1][2] 시드니 콜먼과 하인츠 파겔스가 현재의 '중력미자'라는 이름을 제안했지만,[3] 이 용어는 1954년 펠릭스 피라니가 정지 질량이 0인 음 에너지 여기의 한 종류를 설명하기 위해 처음 만들었다.[4]

3. 우주론적 문제점

중력미자의 질량이 TeV 정도라면, 적어도 겉으로는 표준 우주론 모형에 문제를 야기한다.[5][6][7][8] 안정적인 중력미자는 암흑 물질의 밀도를 너무 높게 만들고, 불안정한 중력미자는 빅뱅 핵합성 결과와 모순된다는 문제가 있다.

이러한 우주론적 중력미자 문제에 대한 한 가지 해결책은 중력미자의 질량이 TeV 스케일보다 훨씬 높은 분리된 초대칭 모형이다. 이 모형에서는 표준 모형 입자의 다른 페르미온 초대칭 파트너가 이미 TeV 스케일에서 나타난다.

또 다른 해결책은 R-패리티가 약간 위반되고 중력미자가 최경량 초대칭 입자인 경우이다. 이 경우 초기 우주의 거의 모든 초대칭 입자는 R-패리티 위반 상호작용을 통해 원시 핵 합성 훨씬 전에 표준 모형 입자로 붕괴된다. 그러나 작은 비율의 초대칭 입자는 중력미자로 붕괴되며, 이 중력미자의 반감기는 플랑크 스케일과 작은 R-패리티 위반 결합에 의한 붕괴율 억제로 인해 우주의 나이보다 수십 배 더 길다.[9]

3. 1. 안정적인 중력미자

중력미자가 최경량 초대칭 입자이고 R-패리티가 보존되거나 거의 보존되는 경우, 중력미자는 암흑 물질의 후보가 된다.[5][6][7][8] 이 경우 중력미자는 아주 초기 우주에서 생성되었을 것으로 추정된다. 그러나 중력미자의 밀도를 계산하면 관측된 암흑 물질 밀도보다 훨씬 높게 나타난다.

3. 2. 불안정한 중력미자

중력미자가 불안정하다면, 붕괴될 것이고 관측된 암흑 물질 밀도에 기여하지 않을 것이다. 하지만, 중력 상호작용을 통해서만 붕괴되기 때문에, 그 평균 수명은 매우 길 것이다. 자연 단위계에서 ''Mpl''2 / ''m''3의 정도로, 여기서 ''Mpl''는 플랑크 질량이고, ''m''은 중력미자의 질량이다. TeV 정도의 중력미자 질량의 경우, 이는 105 초로, 빅뱅 핵합성 시대보다 훨씬 늦다.[5][6][7][8]

적어도 한 가지 가능한 붕괴 경로는 광자, 전하를 띤 렙톤 또는 중간자를 포함해야 하며, 각각은 하나를 치면 원자핵을 파괴할 만큼 충분히 에너지가 높을 것이다. 이러한 고에너지 입자는 붕괴 과정에서 충분히 생성되어, 빅뱅 핵합성 시대에 생성된 거의 모든 원자핵을 파괴할 수 있으며, 이는 관측 결과와는 대조적이다. 사실, 이러한 경우 우주는 수소로만 이루어져 있을 것이고, 별의 형성은 아마도 불가능할 것이다.[5][6][7][8]

4. 문제 해결 방안

중력미자의 질량이 TeV 정도라면, 표준 우주론 모형에 문제를 야기할 수 있다.[5][6][7][8]

만약 중력미자가 안정하다면, 이는 중력미자가 최경량 초대칭 입자이고 R-패리티가 보존되거나 거의 보존되는 경우에 해당한다. 이 경우 중력미자는 암흑 물질의 후보가 되며, 아주 초기 우주에서 생성되었을 것이다. 그러나 중력미자의 밀도를 계산하면 관측된 암흑 물질 밀도보다 훨씬 높다.

중력미자가 불안정하다는 가능성도 있다. 이 경우 중력미자는 붕괴되어 관측된 암흑 물질 밀도에 기여하지 않는다. 하지만, 중력 상호작용을 통해서만 붕괴되기 때문에 평균 수명은 매우 길다. TeV 정도의 중력미자 질량의 경우, 평균 수명은 빅뱅 핵합성 시대보다 훨씬 늦다. 중력미자의 붕괴 경로는 광자, 전하를 띤 렙톤 또는 중간자를 포함할 수 있으며, 이들은 원자핵을 파괴할 만큼 충분히 에너지가 높다. 이러한 고에너지 입자는 붕괴 과정에서 충분히 생성되어 빅뱅 핵합성 시대에 생성된 거의 모든 원자핵을 파괴할 수 있으며, 이는 관측 결과와 대조적이다.

4. 1. 분리된 초대칭 모형

분리된 초대칭 모형은 중력미자 질량이 TeV 스케일보다 훨씬 높지만, 표준 모형 입자의 다른 페르미온 초대칭 파트너가 이미 이 스케일에서 나타나는 모형으로, 우주론적 중력미자 문제에 대한 한 가지 해결책이 될 수 있다.[9]

4. 2. R-패리티 위반

R-패리티가 약간 위반되고 중력미자가 최경량 초대칭 입자인 경우, 초기 우주의 거의 모든 초대칭 입자는 R-패리티 위반 상호작용을 통해 원시 핵 합성 훨씬 전에 표준 모형 입자로 붕괴된다.[9] 그러나 작은 비율은 중력미자로 붕괴되며, 그 반감기는 플랑크 스케일과 작은 R-패리티 위반 결합에 의한 붕괴율 억제로 인해 우주의 나이보다 수십 배 더 크다.[9]

참조

[1] 간행물 Some personal recollections about the discovery of supergravity https://ncatlab.org/[...] International Atomic Energy Agency (IAEA) 1993
[2] 논문 Supergravity and the S Matrix 1977
[3] 논문 On SO(8) Extended Supergravity 1977
[4] 논문 On the energy-momentum tensor and the creation of matter in relativistic cosmology https://doi.org/10.1[...] 1955
[5] 논문 Cosmological constraints on the light stable gravitino
[6] 논문 Brane world cosmological solution to the gravitino problem 2005-01-19
[7] 논문 Cosmology of supersymmetric models with low-energy gauge mediation 1997-07-15
[8] Webarchive Moduli Stabilization and Moduli-Induced Gravitino Problem http://susy06.physic[...] 2011-07-24
[9] 논문 Gravitino dark matter without R-parity


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com