깊은 비탄성 산란
Deep inelastic scattering |
깊은 비탄성 산란은 전자, 뮤온, 중성자를 이용하여 하드론(특히 양성자와 중성자와 같은 바이론)의 내부를 탐사하기 위해 사용되는 과정에 붙여진 이름이다.그것은 많은 사람들에 의해 순수하게 수학적인 현상으로 여겨졌던 쿼크의 실체에 대한 첫 번째 설득력 있는 증거를 제공했다.그것은 1960년대와 1970년대에 처음 시도된 비교적 새로운 과정이다.그것은 러더포드가 산란 입자의 훨씬 높은 에너지와 따라서 핵 성분들의 훨씬 더 미세한 분해능으로 산란하는 확장이다.null
헨리 웨이 켄달, 제롬 아이작 프리드먼, 리처드 E. 테일러는 1990년 노벨상 공동 수상자로 "입자물리학에서 쿼크 모델 개발에 필수적으로 중요했던 양성자와 결합 중성자에 대한 전자의 깊은 비탄성 산란에 관한 선구적 연구"를 했다.[1]
설명
용어의 각 부분을 설명하자면, "scattering"은 렙톤(전자, 뮤온 등)의 변형을 말한다.편향 각도를 측정하면 공정의 특성에 대한 정보를 얻을 수 있다."비탄성"은 대상이 운동 에너지를 흡수한다는 것을 의미한다.실제로 사용되는 렙톤들의 매우 높은 에너지에서 대상은 "분열"되어 많은 새로운 입자를 방출한다.이러한 입자는 하드론이며, 그 과정을 크게 단순화하기 위해 대상 하드론에서 "노크아웃"된 대상의 구성 쿼크로 해석되며, 쿼크 구속으로 인해 실제로 쿼크가 관찰되지 않고 대신 하드론화에 의해 관측 가능한 입자를 생성하게 된다."딥"은 렙톤의 높은 에너지를 말하며, 파장은 매우 짧고, 따라서 대상 하드론의 크기에 비해 작은 거리를 탐사할 수 있기 때문에 하드론의 "딥 내부를" 탐사할 수 있다.또한 섭동 근사치에서 그것은 렙톤에서 방출되고 인접한 도표에서처럼 구성 쿼크 중 하나에 에너지를 전달하는 대상 하드론에 의해 흡수되는 고에너지 가상 광자라는 점에 유의한다.null
역사
물리학의 표준 모델, 특히 1960년대 Murray Gell-Mann의 연구는 입자 물리학에서 이전에 상이한 개념의 많은 부분을 하나의 비교적 간단한 체계로 통합하는 데 성공했었다.본질적으로 입자의 종류는 다음과 같은 세 가지였다.
- 렙톤은 전자, 중성미자, 그리고 그들의 항정신병과 같은 질량이 낮은 입자였다.그들은 정수의 전하를 가지고 있다.
- 게이지 보손은 힘을 교환하는 입자였다.이것들은 질량이 없고 검출이 쉬운 광자(전자파력의 운반체)에서부터 강한 핵력을 운반하는 이국적인 (아직 질량이 없지만) 글루온에 이르기까지 다양했다.
- 쿼크는 미세한 전하를 운반하는 거대한 입자였다.그것들은 하이드론의 "건물 블록"이다.그들은 또한 강한 상호작용에 의해 영향을 받는 유일한 입자들이다.
렙톤은 J. J. 톰슨이 전류가 전자의 흐름이라는 것을 보여준 1897년부터 검출되었다.비록 1980년대 초반에야 전기약력의 W+, W−, Z0 입자가 분류적으로 보여졌을 뿐이고, 글루온은 거의 동시에 함부르크의 DESY에서 단단히 고정되었을 뿐이지만, 일부 보손은 일상적으로 감지되고 있었다.그러나 쿼크스는 여전히 이해하기 어려웠다.null
20세기 초 러더포드의 획기적인 실험을 바탕으로 쿼크 탐지 아이디어가 구체화되었다.러더포드는 황금 원자에 알파 입자를 발사함으로써 원자가 그 중심에 작고 거대한 전하핵을 가지고 있다는 것을 증명했다.대부분은 거의 또는 전혀 일탈 없이 지나갔지만, 몇몇은 큰 각도로 굴절되거나 바로 되돌아왔다.이것은 원자가 내부 구조와 많은 빈 공간을 가지고 있다는 것을 시사했다.null
바이런의 내부를 탐사하기 위해서는 작고, 관통되고 쉽게 생성되는 입자를 사용해야 했다.전자는 전하가 많아 높은 에너지로 쉽게 가속할 수 있기 때문에 역할에 이상적이었다.1968년 스탠포드 선형가속기센터(SLAC)에서 원자핵의 양성자와 중성자를 대상으로 전자가 발사되었다.[2][3][4] 이후 뮤온과 중성미자를 이용한 실험을 실시했지만, 같은 원리가 적용된다.[citation needed]null
그 충돌은 약간의 운동 에너지를 흡수하고, 따라서 그것은 비탄력적이다.이는 탄력성이 있는 러더포드 산란과 대비되는 것으로 운동 에너지 손실 없음이다.전자는 핵에서 나오고, 그 궤적과 속도는 감지될 수 있다.null
그 결과의 분석은 하드론이 실제로 내부 구조를 가지고 있다는 결론으로 이어졌다.null
이 실험은 쿼크의 물리적 실체를 확인할 뿐만 아니라, 스탠더드 모델이 입자 물리학자들이 추구해야 할 올바른 연구 길이라는 것을 다시 한번 증명했기 때문에 중요했다.null
참조
- ^ "Nobel prize citation". Nobelprize.org. Retrieved 2011-01-08.
- ^ E. D. Bloom; et al. (1969). "High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°". Physical Review Letters. 23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930.
- ^ M. Breidenbach; et al. (1969). "Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering". Physical Review Letters. 23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935. OSTI 1444731.
- ^ J. I. Friedman. "The Road to the Nobel Prize". Hue University. Archived from the original on 2008-12-25. Retrieved 2012-02-25.
추가 읽기
- Devenish, Robin; Cooper-Sarkar, Amanda (2003). Deep Inelastic Scattering. doi:10.1093/acprof:oso/9780198506713.001.0001. ISBN 9780198506713.
- Amsler, Claude (2014). "Deep inelastic electronproton scattering". Nuclear and Particle Physics. doi:10.1088/978-0-7503-1140-3ch18. ISBN 978-0-7503-1140-3.
