색전하

색전하는 양자 색역학 이론에서 입자의 강한 상호작용과 관련된 쿼크와 글루온의 특성입니다.

쿼크와 글루온의 "색상 전하"는 색상과 전하의 일상적인 의미와는 전혀 관련이 없습니다.색상이라는 용어와 빨강, 초록, 파랑이라는 용어가 인기를 끌게 된 것은 단순히 원색에 대한 유추의 느슨함 때문이다.

어떤 입자는 대응하는 반입자를 가지고 있다.적색, 녹색 또는 청색 전하를 가진 입자는 입자-반입자 생성 및 소멸 시 색전하가 보존되기 위해 각각 적색, 녹색 및 청색의 반색이어야 하는 대응 반입자를 가진다.입자물리학자는 이것을 '안티르', '안티린', '안티플루'라고 부른다.3가지 색상이 모두 혼재되어 있는 경우, 또는 이러한 색상과 그 보색(또는 음색) 중 하나가 「무색」 또는 「흰색」으로, 순색 전하가 0이 됩니다.색 제한이라고 불리는 강한 상호작용의 특성 때문에, 자유 입자는 0의 색전하를 가져야 합니다: 바리온은 빨강, 초록, 파랑의 각각으로 구성된 세 개의 쿼크로 구성되어 있습니다. 마찬가지로, 반바리온은 각각 안티린과 안티플루로 구성된 세 개의 반바리콘으로 구성되어 있습니다.중간자는 쿼크 하나와 반쿼크 하나로 만들어지는데 쿼크는 어떤 색깔이든 될 수 있고 반쿼크는 그에 맞는 반색을 가지고 있다.

1964년 쿼크의 존재가 처음 제안된 직후, 오스카 그린버그는 파울리 배타 원리를 위반하지 않고 쿼크가 동일한 양자 상태의 일부 하드론 안에서 어떻게 공존할 수 있는지를 설명하기 위해 색전하의 개념을 도입했다.양자 색역학 이론은 1970년대부터 개발되어 왔으며 입자 ^[1]물리학의 표준 모델의 중요한 구성 요소를 구성합니다.

빨간색, 초록색, 그리고 파란색

양자 색역학(QCD)에서 쿼크의 색은 빨강, 초록, 파랑의 세 가지 값 또는 전하 중 하나를 취할 수 있다.안티카크는 안티레드, 안티스크린, 안티플루(각각 시안, 마젠타, 노란색으로 표시됨)라고 불리는 세 가지 반색 중 하나를 취할 수 있습니다.글루온은 빨간색과 안티스크린과 같은 두 가지 색의 혼합물로, 색전하를 구성합니다.QCD는 가능한 9가지 색상-반색 조합 중 8가지 글루온이 고유하다고 간주합니다. 설명은 8가지 글루온 색상을 참조하십시오.

다음은 컬러 하전 입자의 커플링 상수를 나타냅니다.

쿼크 색상(빨강, 초록, 파랑)이 조합되어 무채색이 됩니다.
쿼크 안티 컬러(안티, 안티린, 안티플루)도 조합하여 무색입니다.

색상 변경 전에 3쿼크(빨강, 초록, 파랑)가 있는 하드론
블루 쿼크는 블루 안티 스크린 글루온을 방출한다.
녹색 쿼크가 파란색 안티 스크린 글루온을 흡수하여 현재 파란색입니다. 색상은 보존된 상태로 유지됩니다.
중성자 내부의 상호작용에 대한 애니메이션입니다.글루온은 가운데에 색전하가 있고 바깥쪽에 반색전하가 있는 원으로 표현됩니다.

색전하의 필드 라인

전계 및 전하와 마찬가지로 색전하 간에 작용하는 강한 힘은 계자선을 사용하여 나타낼 수 있다.그러나 컬러 필드 라인은 글루온에 의해 단단히 당겨지기 때문에(1fm ^[2]이내) 한 전하에서 다른 전하로 바깥쪽으로 호를 그리지는 않습니다.이 효과는 쿼크를 강입자 안에 가둔다.

쿼크와 같이 색상 전하로 인한 필드(G는 글루온 필드 강도 텐서).이것들은 「무색」의 조합입니다.상단: 색상 전하에는 "삼원 중성 상태"와 이진 중성(전하와 유사함)이 있습니다.하단:쿼크/반쿼크의 조합.^[3]^[4]

결합 상수 및 전하

양자장 이론에서 결합 상수와 전하는 다르지만 관련된 개념입니다.결합 상수는 상호작용력의 크기를 설정합니다. 예를 들어 양자 전기역학에서 미세 구조 상수는 결합 상수입니다.게이지 이론에서 전하는 게이지 대칭에서 입자가 변환되는 방식, 즉 게이지 그룹에서의 표현과 관련이 있습니다.예를 들어, 전자는 전하 -1이고 양전자는 전하 +1을 가지며, 이는 게이지 변환이 어떤 의미에서는 그들에게 반대의 영향을 미친다는 것을 암시합니다.구체적으로 전기역학에서 국부 게이지 변환 $δ$ ( $x)$ 를 적용하면 (텐서 지수 표기법을 사용하여) 다음을 찾을 수 있다.

디스플레이 스타일A_{\mu }&\to A_{\mu }+\partial _{\mu },\phi (x)~,\psi &\to \exp \left [+i,Q\phi (x)\right]\;\psi ~,\{\bar {psi }}&\exp \left[-i,Q\phi(x)\right]\;{\bar {psi}}\end {aligned}}}

A_{\mu }

서

A_{\mu }

μ {\

displaystyle A_{\mu

}}는

A_{\mu }

광자장이고

μ

는 Q =

-1인

전자장입니다(

θ

위의 막대는 반대입자인 양전자를 나타냅니다).QCD는 비벨 이론이기 때문에 표현과 색전하가 더 복잡합니다.다음 섹션에서 다룹니다.

쿼크 및 글루온 필드

쿼크, 앤티크, 글루온의 세 가지 색상에 대한 강한 전하 패턴(전하가 0인 두 개가 겹쳐 있음)입니다.

QCD에서 게이지 그룹은 비벨리아 그룹 SU(3)입니다.실행 커플링은 보통 $\alpha _{s}$ s $\alpha _{s}$ {\ $displaystyle \alpha$ _ ${s$ 로 표시된다. 쿼크의 각 플레이버는 기본 표현 (3)에 속하며 $\psi$ {\ $displaystyle \psi$ }로 표시된 세 개의 필드를 함께 포함한다. 반쿼크 필드는 복소 공역 표현 (3)에^* 속하며 세 개의 필드도 포함한다.s. 우리는 쓸 수 있다

\psi ={\begin{pmatrix}\psi _{1}\\\psi _{2}\\\psi _{3}\end{pmatrix}}

(

psi

\psi ={\begin{pmatrix}\psi _{1}\\\psi _{2}\\\psi _{3}\end{pmatrix}}

、

\psi ={\begin{pmatrix}\psi _{1}\\\psi _{2}\\\psi _{3}\end{pmatrix}}

、

\psi ={\begin{pmatrix}\psi _{1}\\\psi _{2}\\\psi _{3}\end{pmatrix}}

) {

displaystyle

\

psi

= pmatrix

} \

psi _

{

}

\

pmatrix

{\overline {\psi }}={\begin{pmatrix}{\overline {\psi }}_{1}^{*}\\{\overline {\psi }}_{2}^{*}\\{\overline {\psi }}_{3}^{*}\end{pmatrix}}.

\psi ={\begin{pmatrix}\psi _{1}\\\psi _{2}\\\psi _{3}\end{pmatrix}}

}

psioverover

(

over

1

{\overline {\psi }}={\begin{pmatrix}{\overline {\psi }}_{1}^{*}\\{\overline {\psi }}_{2}^{*}\\{\overline {\psi }}_{3}^{*}\end{pmatrix}}.

、

{\overline {\psi }}={\begin{pmatrix}{\overline {\psi }}_{1}^{*}\\{\overline {\psi }}_{2}^{*}\\{\overline {\psi }}_{3}^{*}\end{pmatrix}}.

、

。

\{\오버라인 {psi}}_{3}^{*}\end{pmatrix}}.

}

글루온은 필드의 옥텟(gluon 필드 참조)을 포함하고 인접 표현(8)에 속하며 다음과 같이 겔-만 행렬을 사용하여 쓸 수 있습니다.

{\mathbf {A}_{\mu}=A_{\mu}^{a}\displayda _{a}.

(a = 1, 2, ... 8에 대한 암묵적 합계가 있습니다.)다른 모든 입자는 색 SU(3)의 소량 표현(1)에 속한다.이러한 각 필드의 색상은 표현에 의해 완전히 지정됩니다.쿼크는 빨강, 초록 또는 파랑의 색전하를 가지며, 반쿼크는 반청색, 안티스크린 또는 안티플루의 색전하를 가진다.글루온은 겔만 매트릭스에 의해 주어지는 상태의 중첩으로 두 가지 색전하(빨강, 녹색 또는 파란색 중 하나와 안티린 또는 안티플루에는 두 가지 색전하가 있습니다.다른 모든 입자는 0 색전하를 가집니다.수학적으로, 입자의 색전하는 입자의 표현에서 특정 2차 카시미르 연산자의 값이다.

앞서 소개한 간단한 언어에서는 위 쿼크 트리플렛의 세 가지 지수 "1", "2", "3"이 보통 세 가지 색상으로 식별된다.그 화려한 언어는 다음 점을 놓친다.색 SU(3)의 게이지 변환은 $\psi \to U\psi$ $\psi \to U\psi$ U ${\$ { $displaystyle \psi$ \ $to$ U\ $psi$ $\psi \to U\psi$ 로 표기할 수 있으며 $,$ $U$ 서 U(\ $displaystyle$ U $)$ 는 $U$ 그룹 SU(3)에 속하는 3 × 3 $매트릭스$ 이다.따라서 게이지 변환 후 새 색상은 이전 색상의 선형 조합이 됩니다.간단히 말해, 이전에 소개된 단순화된 언어는 게이지 불변수가 아니다.

색전하는 보존되어 있지만, 이것에 수반하는 부기 작업은, 양자 전기 역학에서 행해지는 것처럼, 전하를 합산하는 것보다 더 복잡합니다.이를 위한 간단한 방법 중 하나는 QCD의 상호작용 정점을 살펴보고 색선 표현으로 대체하는 것입니다.의미는 다음과 같습니다. $\psi _{i}$ i $($ _ ${i$ })는 $\psi _{i}$ 쿼크 필드의 i번째 성분(loose i-color)을 나타낸다.글루온의 색상은 A $(\displaystyle$ \ $mathbf$ {A} $})$ 에 $\mathbf {A}$ 의해 동일하게 지정되며, 글루온과 관련된 특정 Gell-Mann 행렬에 대응합니다.이 행렬에는 $지수$ $i$ 와 j가 있습니다.이게 글루온에 있는 컬러 라벨이에요.교호작용 정점에서 $1은 i q i j \to$ g + $q$ 이다_j.색상선 표현은 이러한 인덱스를 추적합니다.색전하 보존이란, 이러한 칼라 라인의 끝이 초기 또는 최종 상태여야 하며, 그림 중간에 선이 끊어지지 않아야 한다는 것을 의미합니다.

Color-line representation of 3-gluon vertex

글루온은 색전하를 띠기 때문에 두 글루온도 상호작용할 수 있습니다.글루온에 대한 일반적인 상호작용 정점(세 개의 글루온 정점이라고 함)에는 g + g → g가 포함됩니다.이것은, 칼라 라인 표시와 함께 표시됩니다.컬러 라인 다이어그램은 색상의 보존 법칙으로 다시 기술할 수 있지만, 앞에서 설명한 바와 같이 게이지 불변 언어는 아닙니다.전형적인 비벨 게이지 이론에서 게이지 보손은 이론의 전하를 띠며, 따라서 이러한 종류의 상호작용이 있다는 점에 유의하십시오. 예를 들어, 전자 약 이론의 W 보손입니다.전기약체이론에서는 W도 전하를 운반하기 때문에 광자와 상호작용한다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ "Quantum Chromodynamics - an overview ScienceDirect Topics".
^ R. Resnick, R. Eisberg (1985), Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles (2nd ed.), John Wiley & Sons, p. 684, ISBN 978-0-471-87373-0
^ Parker, C.B. (1994), McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.), Mc Graw Hill, ISBN 978-0-07-051400-3
^ M. Mansfield, C. O’Sullivan (2011), Understanding Physics (4th ed.), John Wiley & Sons, ISBN 978-0-47-0746370

추가 정보

를 클릭합니다Georgi, Howard (1999), Lie algebras in particle physics, Perseus Books Group, ISBN 978-0-7382-0233-4.
를 클릭합니다Griffiths, David J. (1987), Introduction to Elementary Particles, New York: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-60386-3.
를 클릭합니다Christman, J. Richard (2001), "Colour and Charm" (PDF), PHYSNET document MISN-0-283.
를 클릭합니다Hawking, Stephen (1998), A Brief History of Time, Bantam Dell Publishing Group, ISBN 978-0-553-10953-5.
를 클릭합니다Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion, Taylor & Francis, ISBN 978-1-58488-798-0.

[1] "Quantum Chromodynamics - an overview ScienceDirect Topics".

[2] R. Resnick, R. Eisberg (1985), Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles (2nd ed.), John Wiley & Sons, p. 684, ISBN 978-0-471-87373-0

[3] Parker, C.B. (1994), McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.), Mc Graw Hill, ISBN 978-0-07-051400-3

[4] M. Mansfield, C. O’Sullivan (2011), Understanding Physics (4th ed.), John Wiley & Sons, ISBN 978-0-47-0746370

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