아원자 입자
Subatomic particle
물리과학에서 아원자 입자는 중성자와 양성자와 같은 복합 입자 또는 기본 입자일 수 있다. 표준모델에 따르면, 기초 입자는 다른 입자로 만들어지지 않는다.[1] 입자물리학과 핵물리학은 이러한 입자들과 그들이 어떻게 상호작용하는지를 연구한다.[2]
아원자 입자는 원자보다 작다.[3] 실험 결과 빛은 파동 같은 성질을 나타낼 뿐만 아니라 입자 흐름(광자라 불림)처럼 행동할 수 있다는 것을 보여주었다. 이것은 양자 스케일 입자가 입자와 파동 둘 다와 같이 작용한다는 것을 반영하기 위한 파동-입자 이중성의 개념으로 이어졌다(때로는[citation needed] 이를 반영하기 위해 파동이라고 설명되기도 한다).
또 다른 개념인 불확실성 원리는 동시적 위치 및 운동량과 같이 함께 취합된 특성 중 일부를 정확히 측정할 수 없다고 명시하고 있다.[4] 파동-입자 이중성은 광자뿐만 아니라 더 큰 입자에도 적용되는 것으로 나타났다.[5]
양자장 이론의 틀에서 입자의 상호작용은 해당 기본 상호작용의 퀀텀 생성과 소멸로 이해된다. 이것은 입자 물리학과 필드 이론을 혼합한다.
입자 물리학자들 사이에서도 입자의 정확한 정의는 다양한 묘사를 가지고 있다. 입자의 정의에 대한 이러한 전문적인 시도는 다음과 같다.
- 입자는 붕괴된 파동함수다.
- 입자는 장의 양자 흥분이다.
- 입자는 푸앵카레 집단의 불가해한 표현이다.
- 입자는 진동하는 문자열일 수 있음
- 입자는 우리가[6] 검출기에서 측정하는 것이다.
분류
작문별
아원자 입자는 "원소" 즉, 여러 개의 다른 입자로 만들어지지 않거나, "복합체"로서 둘 이상의 기본 입자가 결합되어 있다.
- 위, 아래, 이상한, 매력, 아래, 위, 위 등 6개의 쿼크 "플레버"
- 렙톤 6종류: 전자, 전자 중성미자, 뮤온, 뮤온 중성미자, 타우, 타우 중성미자;
- 12 게이지 보손(힘 전달기): 전자석의 광자, 약한 힘의 W 및 Z 보손 3개, 강한 힘의 8개 글루온
- 힉스 보손.
이 모든 것들은 이제 실험에 의해 발견되었는데, 가장 최근의 것은 톱 쿼크(1995년), 타우 중성미자(2000년), 힉스 보손(2012년)이었다.
표준모델의 다양한 확장은 초등 그라비톤 입자와 다른 많은 기본 입자의 존재를 예측하지만 2021년 현재 발견된 것은 없다.
하드론스
거의 모든 합성 입자는 글루온으로 묶인 여러 쿼크(및/또는 고색창)를 포함한다(포시트로늄과 뮤오늄과 같은 쿼크가 없는 몇 가지 예외는 있음). 소수의 [안티]쿼크를 포함하는 것을 하드론이라고 부른다. 색감옥이라고 알려진 성질 때문에 쿼크는 단독으로 발견되는 경우는 없지만 여러 쿼크가 들어 있는 하드론에서 항상 발생한다. 해드론은 쿼크의 수(고래공포함)로 나누어지며, 그 중 양자 및 중성자(두 개의 핵)가 가장 잘 알려져 있고, 그 중 짝수 수의 쿼크(대부분 항상 2, 1 쿼크, 그리고 골동품)를 포함하는 중원(대부분은 피온과 카온을 포함한다)이 있다. 가장 잘 알려진
양성자와 중성자를 제외한 다른 모든 하드론은 불안정하며 마이크로초 또는 그 이하로 다른 입자로 부패한다. 양성자는 위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개로 구성되며, 중성자는 아래 쿼크 2개와 위 쿼크로 구성된다. 이것들은 일반적으로 원자핵으로 결합된다. 예를 들어 헬륨-4 핵은 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성되어 있다. 대부분의 하드론은 핵과 같은 합성물로 결합할 만큼 충분히 오래 살지 못한다.; 그렇게 하는 사람들은 (양자와 중성자를 제외한) 이국적인 핵들을 형성한다.
통계에 의한
양자역학의 법칙에 복종하는 3차원 공간의 어떤 입자와 마찬가지로 아원자 입자도 보손(정수 스핀 포함)이나 페르미온(홀수 반정수 스핀 포함)이 될 수 있다.
표준 모델에서 모든 초등 페르미온은 1/2 회전하며, 색전하를 띠는 쿼크와 강한 상호작용을 느끼는 렙톤으로 나뉜다. 기본 보손은 스핀 1이 있는 게이지 보손(포톤, W, Z, 글루온)으로 구성되며, 힉스 보손은 스핀 0이 있는 유일한 기본 입자다.
가상의 그라비톤은 이론적으로 스핀 2가 필요하지만 표준 모델의 일부가 아니다. 초대칭과 같은 일부 확장은 스핀 3/2로 추가 초기 입자를 예측하지만 2021년 현재 발견된 것은 없다.
복합 입자의 스핀에 대한 법칙 때문에, 바이론(3 쿼크)은 1/2 또는 3/2 회전 중 하나를 가지고 있고, 따라서 페르미온이고, 메슨(2 쿼크)은 0 또는 1의 정수 스핀을 가지고 있으며, 따라서 보손이다.
질량별
특수상대성이론에서, 정지된 입자의 에너지는 빛의 제곱 속도 E = mc의2 질량을 곱한 것과 같다. 즉 질량은 에너지로 표현될 수 있고 그 반대의 경우도 있다. 만약 어떤 입자가 정지해 있는 기준 프레임을 가지고 있다면, 그것은 양적인 휴식 덩어리를 가지고 있고 질량이라고 불린다.
모든 합성 입자는 거대하다. 바리온('무거운'이라는 뜻)은 메스온('중간'이라는 뜻)보다 질량이 큰 경향이 있는데, 이는 결국 렙톤('경량'이라는 뜻)보다 무거운 경향이 있지만, 가장 무거운 렙톤(타우 입자)은 바리온(뉴클레온)의 두 가지 가장 가벼운 맛보다 무겁다. 또한 전하를 가진 어떤 입자도 거대하다는 것은 확실하다.
1950년대에 처음 정의되었을 때, 바론, 메슨, 렙톤이라는 용어는 질량을 가리켰지만, 1970년대에 쿼크 모델이 받아들여진 후, 바론은 3개의 쿼크와 1개의 골동품으로 이루어진 합성물인 반면, 렙톤은 기초물이고, 렙톤은 질량을 가진 초기 페르미온으로 정의된다. 무색 무색.
모든 무질량 입자(불변성 질량이 0인 입자)는 기초적인 것이다. 이것들은 광자와 글루온을 포함하지만, 후자는 분리할 수 없다.
부패에 의해
대부분의 아원자 입자들은 안정적이지 않다. 모든 렙톤은 물론 바이론도 강한 힘이나 약한 힘(양자를 제외)에 의해 썩는다. 양성자들은 그들이 "진정적으로" 안정되어 있는지 여부는 알려지지 않았지만, 몇몇 매우 중요한 GUTs(대통합이론)들이 실제로 그것을 요구하기 때문에 썩는 것으로 알려져 있지 않다. μ와 τ 뮤온뿐만 아니라 그들의 항정맥도 약한 힘에 의해 썩는다. 중성미자(및 안티뉴트리노)는 부패하지 않지만, 중성미자 진동과 관련된 현상은 진공 상태에서도 존재하는 것으로 생각된다. 전자와 그 반대편인 양전자(positron)는 전기충전 e의 크기를 가진 더 가벼운 입자가 존재하지 않는 한(가능하지 않을 것임) 전하 보존으로 이론적으로 안정적이다. 그것의 전하가 아직 보이지 않는다.
기타 속성
모든 관측 가능한 아원자 입자는 전하를 기본 전하의 정수 배수로 한다. 스탠더드 모델의 쿼크는 "비정렬자" 전하를 가지고 있다. 즉, 1⁄3e, 그러나 쿼크(및 비파괴 전하가 있는 다른 조합)는 색상 구속으로 인해 분리할 수 없다. 바이론, 중간자, 그리고 그들의 항정신병자의 경우, 구성 쿼크의 요금은 e의 정수 배수에 해당한다.
알버트 아인슈타인, 사티엔드라 나트 보스, 루이 드 브로글리 등의 연구를 통해 현재의 과학 이론은 모든 입자도 파동 성질을 가지고 있다는 것을 증명한다.[8] 이것은 기초 입자뿐만 아니라 원자, 심지어 분자와 같은 복합 입자에 대해서도 검증되었다. 사실, 비-상대론적 양자역학의 전통적인 형태에 따르면, 파장-입자 이중성은 모든 물체, 심지어 거시적 물체에도 적용된다. 비록 거시적 물체의 파장 특성은 파장이 작아서 감지될 수 없지만 말이다.[9]
입자 사이의 상호작용은 수세기 동안 면밀히 조사되어 왔으며, 몇 가지 간단한 법칙은 입자가 충돌과 상호작용에서 어떻게 행동하는지 뒷받침한다. 이것들 중 가장 근본적인 것은 에너지 보존과 운동량 보존의 법칙인데, 이것은 별에서 쿼크에 이르는 규모의 입자 상호작용을 계산하게 해준다.[10] 이것들은 뉴턴 역학의 전제조건인, 1687년에 처음 출판된 《철학 자연주의》의 일련의 진술과 방정식이다.
원자분할 때
음전하 전자는 수소 원자 질량의 1836 또는 ½1837과 같은 질량을 가진다. 수소 원자의 나머지 질량은 양극으로 충전된 양성자에서 나온다. 원소의 원자 번호는 핵에 있는 양자의 수입니다. 중성자는 양성자보다 약간 큰 질량을 가진 중성입자다. 동일한 원소의 서로 다른 동위원소는 양성자의 수는 같지만 중성자의 수는 다르다. 동위원소의 질량 번호는 핵(중성자와 양성자를 집합적으로)의 총 수입니다.
화학은 전자 공유가 어떻게 원자를 결정체나 분자와 같은 구조로 묶는가에 관한 것이다. 화학의 이해에 있어서 중요한 것으로 여겨지는 아원자 입자는 전자, 양성자, 중성자 이다. 핵물리학은 양성자와 중성자가 핵에서 어떻게 스스로를 배열하는지를 다룬다. 아원자 입자, 원자와 분자, 그리고 그 구조와 상호작용에 대한 연구는 양자역학을 필요로 한다. 입자의 수와 종류를 바꾸는 공정을 분석하려면 양자장 이론이 필요하다. 아원자 입자에 대한 연구는 입자물리학이라고 불린다. 고에너지 물리학이라는 용어는 입자의 생성은 높은 에너지를 필요로 하기 때문에 "입자 물리학"과 거의 동의어로 사용된다. 입자는 우주 광선의 결과 또는 입자 가속기에서만 발생한다. 입자 현상학은 이러한 실험에서 얻은 아원자 입자에 대한 지식을 체계화한다.[11]
역사
"원자 입자"라는 용어는 1960년대의 대부분 리트론어로, 많은 수의 바이런과 중간자(하드론으로 구성되어 있다)를 현재 진정으로 초급이라고 생각되는 입자와 구별하기 위해 사용되었다. 그 이전에는 그 구성을 알 수 없었기 때문에 보통 "초등"으로 분류되었다.
중요한 발견의 목록은 다음과 같다.
| 입자 | 구성 | 이론화된 | 발견된 | 평. |
|---|---|---|---|---|
| 전자 e− | 초급(렙톤) | G. 존스톤 스토니 (1874년) | J. J. 톰슨(1897년) | 최소 전하의 단위로서, 1891년에 스토니가 그 이름을 제안했다.[12] |
| 알파 입자 α | 복합(중복핵) | 결코 하지 않다 | 어니스트 러더퍼드 (1899년) | 1907년 러더포드와 토마스 로이즈에 의해 헬륨 핵으로 증명되었다. |
| 광자 γ | 초급(초급) | 막스 플랑크(1900) 알버트 아인슈타인(1905) | 어니스트 러더포드(1899년)를 γ 광선으로 | 흑체 복사의 열역학적 문제를 해결하기 위해 필요하다. |
| 양성자 p | 합성(바이론) | 오래 전에, 먼 옛날에 | 어니스트 러더퍼드(1919, 1920년 이름) | H의 핵. |
| 중성자 n | 합성(바이론) | 산티아고 안투네즈 데 마요로 (1924년)c. | 제임스 채드윅 (1932년) | 두 번째 핵. |
| 안티파티클레스 | 폴 디락 (1928년) | 칼 D. 앤더슨 (e+ , 1932년) | 수정된 설명은 CPT 대칭을 사용한다. | |
| 피온스 π | 복합(메손) | 유카와 히데키(1935년) | 세사르 라테스, 주세페 오치알리니, 세실 파월(1947) | 핵들 사이의 핵력에 대해 설명한다. 발견된 최초의 메손(현대적 정의에 의한)이다. |
| 뮤온 μ− | 초급(렙톤) | 결코 하지 않다 | 칼 D. 앤더슨 (1936년) | 처음에는 "메손"이라고 불렸지만, 오늘은 렙톤으로 분류되었다. |
| 카온스 K | 복합(메손) | 결코 하지 않다 | G. D. 로체스터, C. 버틀러(1947) | 우주 광선 속에서 발견된다. 첫 번째 이상한 입자. |
| 람다 바리온 Λ | 복합(바이원) | 결코 하지 않다 | 멜버른 대학교 ( 1950년0 , III)[13] | 첫 번째 하이퍼론이 발견되었지 |
| 중성미자 ν | 초급(렙톤) | 엔리코 페르미(Enrico Fermi)가 지은 볼프강 파울리(1930년) | 클라이드 코완, 프레드릭 라인스 (1995년 e, 1956년) | 베타 붕괴의 에너지 스펙트럼 문제를 해결했다. |
| 쿼크스 ( u , d , s ) | 초기의 | 머레이 겔만, 조지 즈베이그(1964) | 쿼크 모델에 대한 특별한 확인 이벤트 없음. | |
| 쿼크를 매료하다 c | 초급(쿼크) | 셸던 글래쇼, 존 일리오풀로스, 루치아노 마이아니(1970) | B. 리히터 외, S. C. 팅 외 연구진 ( J/1974년 ) | |
| 바닥 쿼크 b | 초급(쿼크) | 고바야시 마코토, 마스카와 도시히데(1973년) | 레온 M. 레더만 외 (1977년 ) | |
| 글루온스 | 초급(초급) | 하랄드 프리츠슈, 머레이 겔만 (1972년)[14] | DESY(1979) | |
| 약한0 게이지 보손 W± , Z | 초급(초급) | 글래쇼우, 와인버그, 살람(1968년) | CERN(1983) | 1990년대를 통해 검증된 특성. |
| 톱 쿼크 t | 초급(쿼크) | 고바야시 마코토, 마스카와 도시히데(1973년) | 페르밀랍(1995) | Hadronize는 하지 않지만 표준 모델을 완성하기 위해 필요하다. |
| 힉스 보손 | 초급(초급) | 피터 힉스 외 연구진(1964) | CERN(2012년) | 2013년에 확인될 것으로 생각됨. 2014년에 발견된 추가 [15]증거 |
| 테트라쿼크 | 복합의 | ? | Zc(3900), 2013년, 아직 테트라쿼크로 확정되지 않음 | 새로운 종류의 하드론. |
| 펜타쿼크 | 복합의 | ? | 하지만 또 다른 종류의 하드론. 2019년[update] 현재 여러 개가 존재하는 것으로 생각된다. | |
| 그라비톤 | 초급(초급) | 알버트 아인슈타인 (1916년) | 중력파를 입자로 해석하는 것은 논란의 여지가 있다. | |
| 자기 단극 | 초급(미분류) | 폴 디락 (1931년) | 미발견의 | |
참고 항목
참조
- ^ Bolonkin, Alexander (2011). Universe, Human Immortality and Future Human Evaluation. Elsevier. p. 25. ISBN 9780124158016.
- ^ Fritzsch, Harald (2005). Elementary Particles. World Scientific. pp. 11–20. ISBN 978-981-256-141-1.
- ^ "Subatomic particles". NTD. Retrieved 5 June 2012.
- ^ Heisenberg, W. (1927), "Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik", Zeitschrift für Physik (in German), 43 (3–4): 172–198, Bibcode:1927ZPhy...43..172H, doi:10.1007/BF01397280, S2CID 122763326.
- ^ Arndt, Markus; Nairz, Olaf; Vos-Andreae, Julian; Keller, Claudia; Van Der Zouw, Gerbrand; Zeilinger, Anton (2000). "Wave-particle duality of C60 molecules". Nature. 401 (6754): 680–682. Bibcode:1999Natur.401..680A. doi:10.1038/44348. PMID 18494170. S2CID 4424892.
- ^ https://www.quantamagazine.org/what-is-a-particle-20201112/
- ^ Cottingham, W.N.; Greenwood, D.A. (2007). An introduction to the standard model of particle physics. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 978-0-521-85249-4.
- ^ Walter Greiner (2001). Quantum Mechanics: An Introduction. Springer. p. 29. ISBN 978-3-540-67458-0.
- ^ Eisberg, R. & Resnick, R. (1985). Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd ed.). John Wiley & Sons. pp. 59–60. ISBN 978-0-471-87373-0.
For both large and small wavelengths, both matter and radiation have both particle and wave aspects. [...] But the wave aspects of their motion become more difficult to observe as their wavelengths become shorter. [...] For ordinary macroscopic particles the mass is so large that the momentum is always sufficiently large to make the de Broglie wavelength small enough to be beyond the range of experimental detection, and classical mechanics reigns supreme.
- ^ 아이작 뉴턴 (1687년). 뉴턴의 운동 법칙 (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)
- ^ 타이비자데, 페이암(2017). 끈 이론; 기본 입자의 통일 이론과 내적 차원(BazDahm). 이란 리버사이드: 샴루 출판센터. ISBN 978-600-116-684-6.
- ^ Klemperer, Otto (1959). "Electron physics: The physics of the free electron". Physics Today. 13 (6): 64–66. Bibcode:1960PhT....13R..64K. doi:10.1063/1.3057011.
- ^ 1947년을 나타내는 자료도 있다.
- ^ Fritzsch, Harald; Gell-Mann, Murray (1972). "Current algebra: Quarks and what else?". EConf. C720906V2: 135–165. arXiv:hep-ph/0208010.
- ^ "CERN experiments report new Higgs boson measurements". cern.ch. 23 June 2014.
추가 읽기
- 일반 독자
- 파인만, R.P. & 와인버그, S. (1987) 기초 입자와 물리 법칙: 1986년 디락 기념 강연회. 케임브리지 유니브 프레스
- Brian Greene (1999). The Elegant Universe. W.W. Norton & Company. ISBN 978-0-393-05858-1.
- 오어터, 로버트(2006년). 거의 모든 것의 이론: 표준 모델, 현대 물리학의 웅성웅성 승리. 플룸.
- 슈름, 브루스 A. (2004) 딥 다운 Things: 입자 물리학의 놀라운 아름다움. 존스 홉킨스 대학 출판부. ISBN 0-8018-7971-X.
- Martinus Veltman (2003). Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. World Scientific. ISBN 978-981-238-149-1.
- 교과서
- 코일란, G.D., J.E. 도드, B.M. 그립라이오스(2006년). 입자 물리학의 아이디어: 과학자를 위한 서론, 3부. 케임브리지 유니브 프레스. 물리학을 전공하지 않은 사람들을 위한 학부 텍스트.
- Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-60386-3.
- Kane, Gordon L. (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 978-0-201-11749-3.
외부 링크
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