강입자 - Hadron

강입자 - Hadron

입자물리학에서 강입자(Hadron)은 분자가 전자기력에 의해 함께 붙는 것과 유사한 방법으로 강한 힘에 의해 두 개 이상의 쿼크로 이루어진 아원자 복합 입자다. 보통 물질의 질량의 대부분은 양성자와 중성자라는 두 개의 하이드론에서 나온다. 강입자는 두 개의 패밀리로 분류된다. 홀수 쿼크 수로 만들어진 바이론과 짝수 쿼크로 만들어진 메손, 즉 보통 쿼크와 골동품 한 개로 분류된다. 양성자와 중성자는 중성의 예다. 피온은 중간의 예다. 3개 이상의 발랑스 쿼크가 들어 있는 '이탈성' 하드론이 최근 몇 년 동안 발견되었다. Z(4430)-라는 이름의 4중주(이국적인 메손)는 2007년 벨레협동조합에 의해 발견되었고 2014년 LHCB협동조합에 의해 공명으로 확인되었다.

거의 모든 "자유로운" 하이드론과 반하드론(단독적이고 원자핵 내에 속박되지 않는 것을 의미)은 불안정한 것으로 여겨지고 결국 다른 입자로 붕괴(분해)된다. 유일하게 알려진 예외는 자유 양성자와 관련이 있는데, 이것은 아마도 안정적이거나 적어도 붕괴하는 데 엄청난 시간이 걸린다. 자유 중성자는 약 611초의 반감기와 함께 불안정하고 부패한다. 각각의 항정신병은 같은 패턴을 따를 것으로 예상되지만, 통상적인 물질과 접촉하면 즉시 전멸하기 때문에 포획과 연구가 어렵다. 원자핵 내에 포함된 "경계" 양성자와 중성자는 일반적으로 안정된 것으로 간주된다. 실험적으로, 하드론 물리학은 납이나 금과 같은 무거운 원소의 양성자나 핵체를 충돌시키고, 생성된 입자 샤워기의 파편을 감지함으로써 연구된다. 자연환경에서는 피온과 같은 메간이 우주선의 대기와 충돌하여 생성된다.

어원

"강입자"라는 용어는 레프 B에 의해 소개되었다. 오쿤은 1962년 고에너지물리학 국제회의 전체 강연에서 이같이 말했다. 이 강연에서 그는 말했다. 이 보고서가 약한 상호작용을 다룬다는 사실에도 불구하고, 우리는 강한 상호작용을 자주 언급해야 할 것이다. 이러한 입자들은 수많은 과학적 문제뿐만 아니라, 종말론적 문제도 제기한다. 요점은 "강력하게 상호작용하는 입자"는 형용사의 형성에 저절로 굴복하지 않는 매우 서투른 용어라는 것이다. 이러한 이유로, 단 한 가지 예를 들어, 강하게 상호작용하는 입자로 분해하는 것을 비 렙톤이라고 부른다. "비 렙토닉"은 또한 "포토닉"을 의미할 수 있기 때문에 이 정의는 정확하지 않다. 이 보고서에서 나는 강하게 상호작용하는 입자를 "하드론"이라고 부르고 그에 상응하는 디케이드를 "하드론"이라고 부른다(그리스어 ἁΔρςςςς는 "작은" "빛"을 의미하는 λππτςς과 대조적으로 "크게", "거대한"을 의미한다). 나는 이 용어가 편리함을 증명하기를 바란다.

특성

쿼크 모델에 따르면, 하드론의 성질은 주로 소위 발랑스 쿼크에 의해 결정된다. 예를 들어, 양성자는 2개의 상향 쿼크(각각 +2⁄3, 총 +4⁄3)와 1개의 하향 쿼크(전하 - 1/3)로 구성된다. 이것들을 합치면 양성자 전하량은 +1이다. 쿼크 역시 색전하를 띠지만, 색전압이라는 현상으로 인해 하드론은 총색전하가 0이어야 한다. 즉, 하드론은 "무색" 또는 "백색"이어야 한다. 이렇게 되는 가장 간단한 방법은 한 색의 쿼크와 그에 상응하는 반색제의 고물, 또는 다른 색의 쿼크 세 개를 사용하는 것이다. 제1차 배열을 가진 하드론은 메손의 일종이고, 제2 배열을 가진 하드론은 중용의 일종이다.

질량이 없는 가상 글루온은 하드론 내부에 있는 입자의 수적 다수를 구성한다. 쿼크를 하나로 묶는 강력 글루온의 강도는 질량(m) 쿼크로 구성된 공명(E > mc2)을 갖기에 충분한 에너지(E)를 가지고 있다. 한 가지 결과는 가상 쿼크와 골동품들의 짧은 쌍이 하드론 안에서 계속 형성되고 다시 사라지고 있다는 것이다. 가상 쿼크는 안정된 웨이브 패킷(퀀타)이 아니라 불규칙하고 일시적인 현상이기 때문에 어떤 쿼크가 진짜인지, 어떤 가상인지 묻는 것은 의미가 없으며, 하드론 형태로 외부에서 작은 초과만 뚜렷하게 나타난다. 따라서 하드론이나 반하드론이 (일반적으로) 2쿼크 또는 3쿼크로 구성된다고 진술될 때, 이는 기술적으로 쿼크 대 고어크의 지속적인 초과분을 가리킨다.

모든 아원자 입자와 마찬가지로, 하드론에는 푸앵카레 그룹의 표현에 해당하는 양자 번호가 할당된다. JPC(m), 여기서 J는 스핀 양자 번호, P는 내적 패리티(또는 P-parity), C는 전하 결합(또는 C-parity), m 입자의 질량이다. 하드론의 질량은 그것의 발랑스 쿼크의 질량과 거의 관계가 없다는 것에 주목하라. 오히려 질량과 에너지 등가성으로 인해 대부분의 질량은 강한 상호작용과 관련된 많은 양의 에너지로부터 나온다. Hadron은 또한 Isospin (G parity), 그리고 이상함과 같은 맛 양자 숫자를 가지고 있을 수 있다. 모든 쿼크에는 바이론 수(B)라고 불리는 첨가되고 보존된 양자수가 있는데, 쿼크의 경우 +1⁄3이고 고물의 경우 -1⁄3이다. 이것은 중간의 입자가 B = 1인 반면 중간의 입자는 B = 0인 것을 의미한다.

Hadron은 공명으로 알려진 흥분된 상태를 가지고 있다. 각각의 지반 상태 하드론은 몇 개의 흥분된 상태를 가질 수 있다. 수백 개의 공명들이 실험에서 관찰되었다. 공진은 강한 핵력을 통해 매우 빠르게(약 10-24초 내에) 붕괴한다. 물질의 다른 단계에서는 하드론이 사라질 수도 있다. 예를 들어, 매우 높은 온도와 고압에서 쿼크의 맛이 충분히 있지 않는 한, 양자 색역학(QCD) 이론은 쿼크와 글루온이 더 이상 하드론 안에 국한되지 않을 것이라고 예측한다. "강력한 상호작용의 강도가 에너지와 함께 감소하기 때문이다." 무증상 자유라고 알려진 이 성질은 1 GeV에서 1 TeV 사이의 에너지 범위에서 실험적으로 확인되었다.