입자의 목록
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이 글은 입자물리학에서 발견되었거나 존재할 것으로 추측된 입자들의 목록이다. 아래의 입자들 중 일부는 기본 입자이며, 나머지는 기본 입자들로 이루어진 합성 입자이다.
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[편집] 기본 입자
기본 입자는 내부 구조가 없는, 물질을 구성하는 가장 기본적인 입자를 말한다. 이들은 양자장론의 핵심 연구 대상이 된다. 기본 입자들은 크게 정수의 절반 값의 스핀을 갖는 페르미온과 정수 스핀을 갖는 보존으로 나눌 수 있다.
[편집] 표준 모형
표준 모형은 인류가 현재 이해하고 있는 소립자계의 현상을 하나의 이론으로 정리한 것이다. 표준 모형에 등장하는 모든 입자들 중에 힉스 보존을 제외한 나머지는 전부 관측되었다.
[편집] 페르미온
페르미온은 정수의 절반 값의 스핀을 갖고 있는데, 표준 모형에서 모든 페르미온의 스핀은 1/2이다. 각 페르미온에 대해 그에 대응되는 반입자가 존재한다. 페르미온은 모든 물질을 구성하는 기본 요소로서, 색력의 영향을 받는지 그렇지 않는지에 따라 나뉜다. 표준 모형에서 페르미온들은 총 12가지 맛(flavor)이 있는데, 그 중 6가지는 쿼크이고 나머지 6가지는 렙톤이다.
- 쿼크들은 색력을 통해 상호작용한다. 각 쿼크들의 반입자는 반쿼크라고 한다. 쿼크는 총 6가지 맛이 있다.
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세대 이름/맛 전하 (e) 질량 (MeV) 반쿼크 1 위 (u) +2/3 1.5 ~ 4 반위 쿼크 아래 (d) −1/3 4 ~ 8 반아래 쿼크 2 야릇한 (s) −1/3 80 ~ 130 반야릇한 쿼크 맵시 (c) +2/3 1,150 ~ 1,350 반맵시 쿼크 3 바닥 (b) −1/3 4,100 ~ 4,400 반바닥 쿼크 꼭대기 (t) +2/3 171,400 ± 2,100[1] 반꼭대기 쿼크
- 렙톤은 색력의 영향을 받지 않는다. 각 렙톤의 반입자는 반렙톤이라고 하는데, 전자의 반입자는 역사적인 이유에 의해 반전자가 아닌 양전자라고 한다. 쿼크와 마찬가지로 렙톤도 총 6가지 맛이 있다.
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전기띤 렙톤(Charged lepton) / 반입자 중성미자 / 반중성미자 이름 기호 전하 (e) 질량 (MeV) 이름 기호 전하 (e) 질량 (MeV) 전자 / 양전자 −1 / +1 0.511 전자 중성미자 / 전자 반중성미자 0 < 0.0000022 [2] 뮤온 −1 / +1 105.7 뮤온 중성미자 / 뮤온 반중성미자 0 < 0.17 [2] 타우 렙톤 −1 / +1 1777 타우 뉴트리노 / 타우 반뉴트리노 0 < 15.5 [2]
중성미자 진동으로 인해 중성미자는 양의 질량을 갖게 되나, 그 값이 극히 작아서 2006년 현재까지 측정되지 않았다.
[편집] 보존
보존은 정수 스핀을 갖는다. 자연계의 기본 상호작용은 게이지 보존에 의해 전달되며, 질량은 힉스 보존에 의해 생기는 것으로 추정되고 있다. 다음은 표준 모형에 나타나는 보존들이다.
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이름 전하 (e) Spin 질량 (GeV) 매개하는 힘 광자 0 1 0 전자기력 W± ±1 1 80.4 약한 핵력 Z0 0 1 91.2 약한 핵력 글루온 0 1 0 강한 핵력 힉스 보존 0 0 >112 (아래 참고)
힉스 보존의 존재는 전기약력 이론에 의해 예언되었는데, 표준 모형의 입자들 중에 유일하게 실험을 통해 관측되지 않았다. 힉스 메커니즘에서, 힉스 장의 자발적 대칭 붕괴를 통해 힉스 보존이 생성된다. 기본 입자들(특히 W 보존과 Z 보존)의 질량은 힉스 장과의 상호작용으로 설명된다. 많은 물리학자들은 CERN에서 건설 중인 거대 하드론 충돌기(LHC)에서 힉스 보존이 발견될 것으로 기대하고 있다.
[편집] 가설적 입자
초대칭을 포함하는 이론들은 추가적인 입자들의 존재를 예측하는데, 이 중 2006년 시점에서 실험적으로 검증된 것은 없다.
- 초중성입자(neutralino, 스핀 1/2)는 표준 모형의 여러 중성 입자들에 대한 초짝입자(superpartner)들의 양자 중첩상태를 말하며, 암흑 물질의 주요 후보로 여겨지고 있다. 전하를 가진 보존들의 짝입자는 초전하입자(chargino)라고 한다.
- 초광자(스핀 1/2)는 광자의 초짝입자이다.
- 초중력 이론에서 초중력자(스핀 3/2)는 중력자의 초짝입자를 말한다.
- 표준 모형 페르미온들의 초짝입자는 초렙톤 및 초쿼크(둘 다 스핀 0)라고 한다. 초꼭대기 초쿼크(꼭대기 쿼크의 초짝입자)는 비교적 낮은 질량을 가질 것으로 생각되어, 실험적 발견을 위한 노력이 이루어지고 있다.
그 외에도 추가적인 보존의 존재를 예측하는 이론들이 있다.
- 양자 중력 이론에서 중력자(스핀 2)는 중력을 매개하는 입자이다.
- 중력스칼라(graviscalar, 스핀 0)와 중력광자(graviphoton, 스핀 1)
자기 단극자는 영이 아닌 자기 전하를 갖는 입자를 말한다. 몇몇 대통합 이론에서 존재가 예측되고 있다.
타키온은 빛보다 빠르게 움직이며 허수 정지 질량을 갖는 입자를 말한다.
쿼크와 렙톤을 구성하는 하부 구조로 프레온의 존재가 추측되기도 했는데, 충돌기 실험에서 그 증거가 나타난 적은 없다.
[편집] 참고자료
- S. Eidelman et al. (2004). ""Review of Particle Physics"". Physics Letters B 592: 1. (All information on this list, and more, can be found in the extensive, annually-updated review by the Particle Data Group)
- Joseph F. Alward, Elementary Particles, Department of Physics, University of the Pacific
- Elementary particles, The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.
- ↑ Top mass: now at 1.2% uncertainty (2006-08-03). 2006년 10월 15일에 읽어봄.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 Laboratory measurements and limits for neutrino properties.