포스 캐리어

Force carrier

양자장 이론에서 힘 전달자 또는 메신저 입자 또는 중간 입자는 다른 입자 사이의 힘을 발생시키는 입자다. 이 입자들은 특정 종류의 영역의 에너지(퀀타) 묶음이다. 모든 종류의 기초 입자에는 한 종류의 장이 있다.[1] 예를 들어, 퀀텀이 광자인 전자기장이 있다.[2] 이 개념은 전자기, 약, 강한 상호작용을 매개하는 힘 전달 입자를 게이지 보손이라고 하는 입자물리학에서 특히 중요하다.

입자 및 현장 관점

주요 기사: 파동-입자 이중성

양자장 이론은 자연을 분야별로 기술한다. 각 장에는 특정 유형의 입자 집합으로서 상호 보완적인 설명이 있다. 두 입자 사이의 힘은 다른 입자에 대한 한 입자에 의해 생성된 힘 장의 작용으로 설명될 수 있으며, 또는 이들 입자 사이의 가상 힘 전달 입자의 교환 측면에서 설명될 수 있다.[3]

장내 파동의 에너지(예를 들어 전자기장 내 전자기파)를 정량화하여, 장의 양자해설을 입자로 해석할 수 있다. 표준 모델에는 다음과 같은 입자가 포함되어 있으며, 각 입자는 특정 분야의 흥분이다.

또 퀘이파티클뿐만 아니라 메손과 같은 복합입자는 유효장의 배설물이라고 설명할 수 있다.

중력은 표준 모델의 일부가 아니지만 중력파의 배설물인 그라비톤이라고 불리는 입자가 있을 수 있다고 생각된다. 이론이 불완전하고 단일 그라비톤의 상호작용이 너무 약해서 검출되지 않을 수도 있기 때문에 이 입자의 상태는 여전히 잠정적이다.[4]

입자 관점에서 본 힘

주요 기사: 정적 힘 및 가상 입자 교환
가상 광자의 방출에 의해 두 전자 사이에 산란하는 파인만 다이어그램.

한 입자가 궤적을 바꾸면서 다른 입자를 흩뜨릴 때, 그 과정에 대해 생각하는 두 가지 방법이 있다. 현장 사진에서 우리는 한 입자에 의해 생성된 장이 다른 입자에 힘을 야기시켰다고 상상한다. 대신에, 우리는 다른 입자에 의해 흡수되는 가상의 입자를 방출하는 한 입자를 상상할 수 있다. 가상 입자는 한 입자에서 다른 입자로 모멘텀을 전달한다. 이러한 입자 관점은 계산에 복잡한 양자 보정이 다수 있을 때 특히 도움이 된다. 이러한 보정은 추가적인 가상 입자를 포함하는 파인만 다이어그램으로 시각화할 수 있기 때문이다.

가상 입자와 관련된 또 다른 예는 가상 W 보슨이 핵에 의해 방출된 후 e 및± (안티) 중성자(anti)로 분해되는 베타 붕괴다.

가상 입자의 관점에서 힘에 대한 설명은 그것이 파생된 섭동 이론의 적용 가능성에 의해 제한된다. 저에너지 QCD 및 결합 상태의 설명과 같은 특정 상황에서는 섭동 이론이 무너진다.

역사

메신저 입자의 개념은 18세기 프랑스 물리학자 찰스 쿨롬이 전기로 충전된 물체들 사이의 정전력이 뉴턴의 중력 법칙과 유사한 법칙을 따른다는 것을 보여주었던 때로 거슬러 올라간다. 때마침 이 관계는 쿨롱의 법칙으로 알려지게 되었다. 1862년까지 헤르만 폰 헬름홀츠는 한 줄기 빛을 "모든 메신저 중 가장 빠른 것"이라고 묘사했다. 1905년 알버트 아인슈타인은 "빛 퀀텀이 무엇인가?"라는 질문에 대한 대답으로 빛 입자의 존재를 제안했다.

1923년, 세인트 워싱턴 대학교에서. 루이스, 아서 홀리 콤프턴은 현재 콤프턴 산란으로 알려진 효과를 입증했다. 이 효과는 빛이 입자의 흐름으로 작용할 수 있고 그것이 아인슈타인의 빛 입자의 존재에 대해 물리학계를 확신시킬 경우에만 설명할 수 있다. 마지막으로 양자역학 이론이 발표되기 1년 전인 1926년에 길버트 N. 루이스는 곧 아인슈타인의 빛 입자의 이름이 된 "포톤"이라는 용어를 소개했다.[5] 거기서부터 메신저 입자의 개념은 더욱 발전하였고, 특히 거대한 힘 운반체(예: 유카와 전위)에까지 발전하였다.

참고 항목

참조

  1. ^ Jaeger, Gregg (2021). "Exchange Forces in Particle Physics". Foundations of Physics. 51 (1): 1–31. doi:10.1007/s10701-021-00425-0.
  2. ^ 스티븐 와인버그, 1993년 허친슨 최종 이론의 꿈
  3. ^ Jaeger, Gregg (2019). "Are virtual particles less real?" (PDF). Entropy. 21 (2): 141. Bibcode:2019Entrp..21..141J. doi:10.3390/e21020141. PMC 7514619.
  4. ^ Rothman, Tony; Stephen Boughn (November 2006). "Can Gravitons be Detected?". Foundations of Physics. 36 (12): 1801–1825. arXiv:gr-qc/0601043. Bibcode:2006FoPh...36.1801R. doi:10.1007/s10701-006-9081-9. S2CID 14008778.
  5. ^ Kragh, Helge (2014). "Photon: New light on an old name". arXiv:1401.0293.