쿼크 모델 - Quark model

쿼크 모델 - Quark model

입자물리학에서 쿼크 모델은 용맹 쿼크 측면에서 해드론에 대한 분류 체계로서, 해드론의 양자수를 발생시키는 쿼크와 골동품이다. 쿼크 모델은 1950년대부터 1960년대까지 계속 발견되었던 많은 수의 가벼운 하드론들을 성공적으로 분류한 것이다. 1960년대 후반부터 실험적인 검증을 받았으며 현재까지 유효한 분류다. 이 모델은 물리학자인 머레이 겔만(Murray Gell-Mann)이 독자적으로 제안했는데, 그는 이를 간결한 논문에서 '쿼크(quarks)'라고 불렀고, 더 긴 원고로 '에이시스(aces)'를 제안하였다. 안드레 피터만은 또한 1963년부터 1965년까지 양적인 입증 없이 중앙 사상에 손을 댔다. 오늘날 이 모델은 기본적으로 표준모델이라고 불리는 강한 입자와 전기약입자 상호작용의 확립된 양자장 이론의 구성요소로 흡수되었다.

해드론은 해드론의 양자수를 발생시키는 '발란스 쿼크'와 골동품들의 묶인 상태로 볼 수 있다. 이 양자수는 하드론을 식별하는 표지로, 두 가지 종류가 있다. 한 세트는 푸앵카레 대칭-J^PC에서 나온다. 여기서 J, P, C는 각각 총 각운동량, P-대칭, C-대칭을 나타낸다. 남은 것은 이소핀, 이상함, 매력 등 맛 양자수다. 쿼크를 함께 묶는 강한 상호작용은 이러한 양자수에 둔감하기 때문에, 쿼크의 변화는 같은 맛의 멀티플릿에 있는 하드론들 사이의 체계적 질량과 결합 관계로 이어진다. 모든 쿼크에는 바이런 번호의 ⅓이 할당된다. 위, 위, 위 쿼크는 전하가 +⅔인 반면 아래 쿼크는 -⅓인 전하가 있다. 골동품들은 반대되는 양자 숫자를 가지고 있다. 쿼크는 회전하는 입자, 따라서 페르미온이다. 각 쿼크 또는 고색창은 겔-만-니시지마 공식을 개별적으로 준수하므로, 이들 공식을 첨가한 모든 조립도 또한 그러할 것이다. 메손은 발랑 쿼크 앤티마크 쌍(이러한 바론 번호는 0)으로 만들어지며, 바론은 세 개의 쿼크로 만들어진다(이러한 바론 번호는 1이다). 이 글은 쿼크의 위, 아래 대칭성을 형성함)에 대한 쿼크 모델을 논한다. 더 많은 맛에 대한 일반화가 있다.

역사

새로운 실험 기법들이 하도 많은 것을 밝혀내서 그들 모두가 초보일 수 없다는 것이 명백해진 후, 하드론들을 위한 분류 체계를 개발하는 것은 시의 적절한 질문이 되었다. 이러한 발견으로 볼프강 파울리는 "만약 내가 그것을 예견했더라면, 나는 식물학에 들어갔을 것이다."라고 외쳤고 엔리코 페르미는 그의 제자인 레온 레더만에게 "젊은이, 만약 내가 이 입자들의 이름을 기억할 수 있다면, 나는 식물학자가 되었을 것이다."라고 충고했다. 이 새로운 계획들은 루이스 알바레스를 포함한 실험 입자 물리학자들에게 노벨상을 안겨주었고, 그는 이러한 개발의 많은 선두에 있었다. 하드론을 더 적은 구성원의 경계상태로 건설하는 것은 따라서 가까운 "zoo"를 구성할 것이다. 엔리코 페르미와 첸닝 양(1949년), 사카타 모델(1956년) 등의 몇 가지 초기 제안은 결국 만족스럽게 메족스를 커버했지만, 바이런으로 실패하여 모든 자료를 설명할 수 없었다.

머레이 겔만과 니시지마 가즈히코가 개발한 겔만-니시마 공식은 1961년 유발 닐 네만의 중요한 독립적 기여로 겔만이 발명한 팔중길 분류로 이어졌다. 하드론은 강한 상호작용 때문에 거의 동일한 질량의 다중 질량, 8진수 및 디커플릿을 나타내는 SU(3)로 구성되었다. 그리고 맛 양자 숫자에 연결된 작은 질량 차이, 강한 상호작용에는 보이지 않는다. Gell-Mann-Okubo 질량 공식은 Hadronic 멀티플릿 멤버들 사이의 이러한 작은 질량 차이의 계량화를 체계화하였으며, SU(3)의 명시적 대칭 파괴에 의해 제어되었다.

스핀-3⁄2 Ω- 지상국가 데커플릿의 일원인 바론은 그러한 분류의 결정적인 예측이었다. 브룩헤이븐 국립 연구소의 실험에서 그것이 발견된 후, 겔만은 1969년 팔중도에 대한 연구로 노벨 물리학상을 받았다. 마침내, 1964년, 겔-만, 그리고 독립적으로, 조지 즈웨이는 팔색조 그림이 암호화하는 것을 알아냈다. 그들은 8배 길 분류를 경제적이고 촘촘한 구조로 기본적이고 우아하게 암호화하여 더 단순하게 만들며, 관찰되지 않고 자유로운 형태로 초기의 페르미온 성분을 확보했다. 해드론 질량 차이는 이제 구성 쿼크의 다른 질량과 연결되었다.

이러한 쿼크의 예기치 못한 특성, 그리고 물리적 현실이 보다 충분히 인정받으려면 약 10년이 걸릴 것이다(쿼크 참조). 반직관적으로, 그들은 절대 고립되어 있을 수 없고(색상감금) 대신 항상 다른 쿼크와 결합하여 완전한 하드를 형성하고, 그러면 갇힌 쿼크 자체에 대한 충분한 간접적인 정보를 제공한다. 반대로 쿼크는 강한 상호작용을 완전히 설명하는 기본 이론인 양자 색역학의 정의에 기여한다. 그리고 8배는 이제 그들 중 가장 가벼운 세 명의 맛 대칭 구조의 결과로 이해된다.