quark쿼크 올립니다 - 오늘날의 소립자
quark[쿼크]- 오늘날의 소립자
<동계 계절학기 대학화학 report>
quark(쿼크)
≪오늘날의 소립자≫
현재 6종 3류 가 있다고 가정되어 있다. 6종의 쿼크는 업 ·다운 · 스트레인지 · 참 · 보텀 · 톱으로, 쿼크의 종은 향(香:flavor)으로, 유는 색(色:color)으로 각각 부르고 있다. 즉, 한 향은 3색을 가지고 있다. 물질을 구성하는 최소단위의 구성자를 소립자라고 하는데, 이것은 자연관의 단위이기도 하다. 물질구조에 관한 연구는 긴 역사를 가지고 있다. 물질은 분자의 집합체이며, 분자는 원자의 복합입자이고, 원자는 원자핵과 핵외전자의 복합입자이고, 원자핵은 중성자와 양성자의 복합입자이다.
전자를 원자핵에 속박시키고 있는 힘은 전자기력이며, 이 힘은 광자에 의하여 매개되고 있다. 중성자와 양성자를 결속하여 원자핵을 형성시키고 있는 힘을 핵력이라 하며, 이 힘은 중간자에 의해서 매개되고 있다. 원자핵은 자발적으로 붕괴하여, 핵내의 중성자는 양성자로 전환하면서 전자와 반중성미자가 탄생해서 핵외로 방출된다. 이와 같은 붕괴현상을 지배하는 힘은 약력이고, 이 힘은 약력자에 의해서 매개된다. 양성자 ·중성자 ·전자 ·중성미자 등은 물질의 소재이고, 광자 ·중간자 ·약력자 등은 물질의 접착제이다.
1960년대 초반까지는 이와 같은 소재와 접착제의 수가 수백 종 확인되었으며, 이들 모두가 소립자라고 생각되었다. 그들은 광자족(하나뿐), 약입자족 또는 경입자족 및 강입자족으로 분류되었고, 강입자족은 중간자족과 중입자족(중성자와 양성자는 이 족에 속한다)으로 나뉘었다. 개체성과 전환성은 소립자의 특성이다. 한 입자의 동정에는 특성의 동정이 필요하고, 특성은 양자수에 의해서 표현된다.
양자수에는 시공과 관계가 있는 것도 있고, 그렇지 않은 것도 있는데, 시공과 관계가 없는 양자수를 내부양자수라 하며 시공양자수와 구별한다. 질량 ·스핀 및 패리티 등은 시공양자수이고, 아이소스핀 · 하전 · 중입자수 · 스트레인지니스 등은 내부양자수이다. 같은 다중항 속에서 이들 내부양자수 사이에는,
와 같은 관계가 실증적으로 성립한다. 또, I3은 I의 제3성분이다. 종래 하전량(Q)은 전자의 하전량(e)을 기준으로 하고 있으며, 분할될 수 없는 것이라고 생각되어 왔다. 그러나 위의 관계식에서는 I3과 Y의 두 양으로 하전량이 분할되어 표현되어 있다.
1964년 M.겔만과 G.츠바이히는 위와 같은 하전량의 분할성에 내재된 물리를 통찰하고, 분수하전량 1/3, 2/3를 가지는 기본 소재를 가정하여 쿼크라고 명명했다. 그들은 (u,d,s) 3종의 쿼크(q)를 기본구성으로 설정하고, 중간자는 정쿼크와 반쿼크의 복합입자(q)로, 중입자는 쿼크 셋(qqq)의 복합입자라는 소립자의 복합모델을 제창했다. 이 모델은 그 후 대단히 유용하다는 것이 입증되었다.
입자가속기의 출력 증가에 힘입어, 1970년대 이후에도 계속해서 새로운 입자가 발견됨에 따라 쿼크의 수도 증가되었고, 1977년까지 5종의 쿼크를 찾아냈으며, 최후의 입자라 불리던 톱쿼크가 94년 페르미연구소에 의해 발견됨에 따라 마침내 6종의 쿼크 모두가 발견되었다. 당초에는 생각하지도 못한 물리량인 색[類]도 세 가지가 도입되었다. 쿼크와 쿼크 사이의 접착제는 글루온이고, 강력은 쿼크의 색에 귀착된다고 생각하고 있다. 이와 같은 강력이론을 양자색역학이라 하며, 현재 적극적으로 연구되고 있는 물리학의 첨단분야이다. 한편, 1996년 2월 페르미연구소에서는 테바트론을 이용해 양성자와 반양성자를 정면으로 충돌시킨 결과, 쿼크가 또 그 내부구조를 갖고 있을 가능성이 있다는 실험결과를 발표하였다.
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자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/detail.asp?pk=11041625&sid=ddangkung&key=
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