프리온

Preon
감염성 단백질은 프리온을 참조하십시오.화학적 오염물질은 클로로플루오로카본을 참조한다.

입자 물리학에서 프리온은 쿼크와 [1]렙톤의 하위 성분으로 간주되는 점 입자입니다.이 단어는 1974년 Jogesh Pati와 Abdus Salam에 의해 만들어졌다.1980년대에 프리온 모델에 대한 관심이 최고조에 달했지만 입자 물리학의 표준 모델이 계속해서 성공적으로 물리학을 기술하고 있고, 렙톤과 쿼크 합성도에 대한 직접적인 실험 증거가 발견되지 않았기 때문에 느려졌다.프리온은 안티플러스, 제로, 제로 등 4가지 종류가 있습니다.W보손은 6개의 프리온이 있고 쿼크는 3개밖에 없다.

하드론 분야에서 일부 효과는 표준 모델 내에서 이상으로 간주됩니다.예를 들어 양성자 스핀 퍼즐, EMC 효과, 1956년 [2][3]Hofstadter에 의해 발견된 핵자 내 전하의 분포 및 임시 CKM 매트릭스 요소 등이 있다.

"프리온"이라는 용어가 만들어졌을 때, 주로 스핀의 두 패밀리를 설명하기 위한 것이었다.1/2 페르미온: 쿼크와 렙톤.보다 최근의 프리온 모델도 스핀 1 보손에 대해 설명하며, 여전히 "프리온"이라고 불립니다.각 프리온 모델은 기본 입자가 어떻게 결합되고 상호작용하는지를 제어하는 규칙과 함께 표준 모델보다 적은 기본 입자의 집합을 가정합니다.이러한 규칙을 기반으로 프리온 모델은 표준 모델을 설명하려고 하며, 종종 이 모델과의 작은 불일치를 예측하고 표준 모델에 속하지 않는 새로운 입자 및 특정 현상을 생성합니다.

프리온 모델의 목표

Preon 리서치는 다음을 목표로 하고 있습니다.

  • 전하만 다른 많은 입자를 더 적은 수의 기본 입자로 줄입니다.예를 들어, 전자와 양전자는 전하를 제외하고 동일하며, 전자와 양전자는 전하를 설명하는 관련 차이가 있는 유사한 전자로 구성된다는 것을 설명함으로써 프리온 연구에 동기를 부여한다.원소의 주기율표에 효과가 있었던 환원주의 전략을 재현하는 것이 희망이다.
  • 페르미온의 3세대에 대해 설명하시오.
  • 입자 질량, 전하, 색 전하 등 표준 모델에서 현재 설명되지 않은 매개변수를 계산하고 표준 모델에서 요구하는 실험 입력 매개변수의 수를 줄입니다.
  • 전자 중성미자에서 꼭대기 쿼크에 이르는 기본 입자에서 관측되는 에너지 물질 차이가 매우 큰 이유를 제공하십시오.
  • 힉스 필드를 호출하지 않고 전기-약 대칭 파괴에 대한 대체 설명을 제공합니다. 힉스 필드에[which?] 관련된 이론적 문제를 수정하려면 초대칭이 필요할 수 있습니다.초대칭성 자체에는 이론적인[which?] 문제가 있다.
  • 중성미자 진동과 질량을 설명하라.
  • 차가운 암흑 물질 후보와 같이 중요하지 않은 새로운 예측을 합니다.
  • 관찰된 다양한 입자 종만이 존재하는 이유를 설명하고 이러한 관찰된 입자만을 생성하는 이유를 가진 모델을 제시합니다(비관측 입자의 예측은 초대칭과 같은 많은 현재 모델에서 문제가 되기 때문입니다).

배경

1970년대에 표준 모델이 개발되기 전에(쿼크로 알려진 표준 모델의 핵심 요소는 1964년에 Murray Gell-Mann과 George Zweig에 의해 제안되었습니다), 물리학자들은 입자 가속기에서 수백 가지 다른 종류의 입자를 관찰했습니다.이것들은 분류법이 그들의 신체적 특징에 기초하여 동물을 분류하는 방식과 완전히 다르지 않은, 주로 임시적인 계층 체계에서 그들의 물리적 특성에 대한 관계들로 구성되었다.놀랄 것도 없이, 엄청난 수의 입자들이 "입자 동물원"이라고 불렸습니다.

현재 입자물리학의 지배적인 모델인 Standard Model은 관측된 입자의 대부분이 두 개의 쿼크의 조합인 중간자이거나 세 개의 쿼크와 소수의 다른 입자의 조합인 바리온이라는 것을 보여줌으로써 이 그림을 극적으로 단순화했다.그 어느 때보다 강력해진 가속기에서 볼 수 있는 입자들은, 이론에 따르면, 전형적으로, 이러한 쿼크의 결합에 지나지 않았다.

쿼크, 렙톤 및 보손 비교

표준 모델 내에는 여러 종류의 입자가 있습니다.이들 중 하나인 쿼크는 6가지 종류가 있으며, 각각 세 가지 종류가 있습니다(양자 색역학을 발생시키는 "색상", "빨강", "녹색", "파란색").

게다가, 렙톤이라고 알려진 6가지 다른 종류가 있습니다.이 여섯 개의 렙톤 중, 세 개의 하전 입자가 있다: 전자, 뮤온, 그리고 타우.중성미자는 다른 3개의 렙톤을 구성하고, 각 중성미자에 대해 다른 3개의 렙톤 세트에서 대응하는 부재가 있습니다.

표준 모델에는 광자, W+, W− 및 Z 보손, 글루온과 힉스 보손, 중력자를 위한 열린 공간도 있습니다.이러한 입자의 거의 대부분은 "왼손잡이" 및 "오른손잡이" 버전으로 제공됩니다(키랄리티 참조).쿼크, 렙톤, W보손은 모두 반대 전하를 가진 반입자를 가지고 있다.

표준 모델의 해결되지 않은 문제

또한 표준 모델에는 완전히 해결되지 않은 많은 문제가 있습니다.특히 입자 이론에 기초한 성공적인 중력 이론은 아직 제시되지 않았다.모델은 중력자의 존재를 가정하지만, 이를 바탕으로 일관된 이론을 도출하려는 모든 시도는 실패했습니다.

칼만은[4] 원자론의 개념에 따르면 자연의 기본 구성 요소는 생성되지 않고 파괴될 수 없는 물질의 조각이라고 주장한다.어떤 쿼크는 다른 쿼크로 붕괴될 수 있기 때문에 실제로 파괴할 수 있는 것은 아니다.따라서, 근본적인 근거에서 쿼크 자체는 기본 구성 요소가 아니라 다른 기본 양, 즉 사전으로 구성되어야 한다.비록 각각의 연속된 입자의 질량이 특정한 패턴을 따르지만, 드 소자의 [5]모델에 의해 최근에 매우 잘 묘사된 거의 모든 중입자의 질량을 제외하고는 대부분의 입자의 나머지 질량을 정확하게 예측할 수 없다.

표준 모형은 또한 우주의 대규모 구조를 예측하는 데 문제가 있다.예를 들어 SM은 일반적으로 우주의 물질과 반물질의 양을 동일하게 예측한다.다양한 메커니즘을 통해 이를 "수정"하려는 시도가 여러 번 있었지만, 현재까지 광범위한 지지를 얻은 사례는 없습니다.마찬가지로 모델의 기본적인 적응은 아직 관찰되지 않은 양성자 붕괴의 존재를 시사한다.

프리온 모델에 대한 동기 부여

실험 및 이론 입자 물리학에서 결과에 대한 보다 근본적인 설명을 제공하기 위해 가설의 기본 입자 구성 요소에 "parton" 또는 "preon"과 같은 이름을 사용하여 여러 모델이 제안되었습니다.

프리온 이론은 입자 물리학에서 94개의 자연 발생 원소를 단지 세 개의 구성 요소(양성자, 중성자, 전자)의 조합으로 감소시킨 주기율표의 성과를 복제하려는 욕구에 의해 동기 부여되었습니다.마찬가지로, 표준 모형은 나중에 수십 개의 입자를 (처음에는) 단지 세 개의 쿼크의 더 근본적인 수준에서 조합으로 줄임으로써 강입자의 "입자 동물원"을 조직했고, 결과적으로 표준 모형과 양자 색역학 이전의 20세기 중반 입자 물리학에서 많은 수의 임의 상수를 줄였습니다.

그러나, 아래에서 논의된 특정 프리온 모델은 입자 물리학계에서는 비교적 적은 관심을 끌었는데, 이는 부분적으로 표준 모델의 페르미온이 복합적이라는 것을 보여주는 충돌기 실험에서 지금까지 어떠한 증거도 얻지 못했기 때문이다.

시도

많은 물리학자들이 실험 데이터를 통해서만 알려진 표준 모델의 많은 부분을 이론적으로 정당화하기 위해 (프리온이라는 이름이 유래된) 프리쿼크 이론을 개발하려고 시도했다.제안된 기본 입자(또는 가장 기본 입자와 표준 모델에서 관측된 입자 사이의 중간 입자)에 사용된 다른 이름으로는 프리쿼크, 서브쿼크, 마온,[6] 알파인, 쿼크, 리숀, 트위들, 헬론, 하프론,[8] Y 입자 [7]및 프라이몬이 있습니다.프리온은 물리학계에서 가장 유명한 이름이다.

하부구조를 개발하기 위한 노력은 적어도 1974년까지 거슬러 올라갑니다.Pati와 Salam이 Physical [9]Review에서 논문을 발표했습니다.다른 시도로는 테라자와, 치카시게, 아카마의 [10]1977년 논문, 네만, [11]하라리,[12] 슈페의 [13]1979년 논문, 프리츠슈와 [14]만델바움의 1981년 논문, 그리고 D'Souza와 Kalman의 [1]1992년 책이 있다.이것들 중 어느 것도 물리학계에서 널리 받아들여지지 않았다.그러나 최근 연구에서[15] de Souza는 그의 모델이 그의 구성성 모델에서 도출된 양자수에 의해 지시된 선택 규칙에 따라 강입자의 모든 약한 붕괴를 잘 묘사한다는 것을 보여주었다.그의 모델 렙톤에는 소립자가 있고 각 쿼크는 두 개의 프라이몬으로 구성되어 있으며, 따라서 모든 쿼크는 네 개의 프라이몬으로 묘사됩니다.따라서 표준 모델 힉스 입자는 필요하지 않으며 각 쿼크 질량은 3개의 힉스 유사 입자에 의한 각 프라이몬 쌍 간의 상호작용에서 도출됩니다.

1989년 노벨상 수상 강연에서 한스 데멜트는 정의 가능한 성질을 가진 가장 기본적인 소립자를 우주 비행사라고 불렀는데, 이는 점점 더 많은 [16]소립자의 길고 유한한 사슬의 최종 결과일 가능성이 높다고 설명했습니다.

복합 힉스

다음 항목도 참조하십시오.복합 힉스 모델과 Two-Higs-Doublet 모델

많은 프리온 모형은 힉스 입자를 설명하거나 배제하지 않으며, 스칼라 힉스장이 아닌 복합 프리온에 [17]의해 전자-약 대칭이 깨진다고 제안합니다.예를 들어, 프레드릭슨 프리온 이론은 힉스 입자를 필요로 하지 않으며, 전약 파괴를 힉스 매개장이 아닌 프리온의 재배열로 설명한다.실제로 Fredriksson 프리온 모형과 de Souza 모형은 표준 모형 힉스 입자가 존재하지 않는다고 예측합니다.

리숀 모형

주요 기사:리숀 모형

리숀 모델(RM)은 입자물리학의 표준 모델(SM)에 나타나는 현상을 설명하기 위해 프리온 모델을 개발한 최초의 노력(1979년)이다.그것은 하임 하라리와 마이클 A에 의해 처음 개발되었다.슈페는 (서로 독립적으로) 나중에 하라리와 그의 제자였던 나단 세이버그에 [18]의해 확장되었다.

이 모형은 리숀이라고 불리는 두 종류의 기본 입자를 가지고 있다.전하가 δe이므로 T(Third) 또는 전기적으로 중립적이므로 Tohu(Chaos를 의미하는 Tohu)와 V(Vaishes) 또는 Vohu(Void를 의미하는 Vohu)이다.모든 렙톤과 모든 맛의 쿼크는 3리숀 순서로 정렬됩니다.이 세 개의 리숀 그룹은 스핀을 가지고 있다.

Rishon 모델은 이 분야의 전형적인 노력을 몇 가지 보여줍니다.많은 프리온 모델들은 우주에서 물질과 반물질의 명백한 불균형이 사실 환상이며, 다량의 프리온 레벨 반물질은 보다 복잡한 구조 안에 갇혀 있다고 이론화한다.

비판

매스 패러독스

한 프리온 모델은 1994년경 페르미랍 충돌기 검출기(CDF)에서 내부 논문으로 시작되었습니다.이 논문은 1992-1993년 실행 기간에 200GeV 이상의 에너지를 가진 예기치 않고 설명할 수 없는 제트 초과가 감지된 후 작성되었다.그러나 산란 실험 결과 쿼크와 렙톤은 10m 미만의−18 거리 척도까지 "점"인 것으로 나타났다. 양성자 직경의 1µ1000).이 크기의 상자에 제한되는 프리온의 운동 불확실성은 약 200GeV/c로, 업 쿼크의 (모델에 의존하는) 정지 질량의 50,000배, 전자의 나머지 질량의 400,000배입니다.

하이젠베르크의 불확도 원리는 \ \{ cdot { 이며 X 보다 작은 상자에 한정됩니다따라서 운동불확도 p \ 는 입자 자체보다 커야 하므로 프리온 모델은 구성하는 소립자보다 작은 입자를 제안했다.

그래서 프리온 모델은 질량 역설의 상징입니다. 어떻게 쿼크나 전자가 거대한 모멘타에서 발생하는 엄청난 질량 에너지를 가진 작은 입자로 만들어질 수 있을까요?이 모순을 해결하는 한 가지 방법은 질량 에너지를 상쇄하는 프레온 사이에 큰 결합력을 가정하는 것입니다.[컬러차지 전기는?]

관찰된 물리학과의 충돌

프리온 모델은 관측과 상충되는 의미를 가질 수 있는 소립자의 관측된 특성을 설명하기 위해 관측되지 않은 추가적인 힘 또는 역학을 제안한다.예를 들어, LHC의 힉스 입자에 대한 관측 결과가 확인되었기 때문에,[citation needed] 관측 결과는 힉스 입자를 포함하지 않은 많은 프리온 모델의 예측과 모순된다.

프리온 이론은 쿼크와 렙톤이 한정된 크기를 가질 것을 요구한다.대형 강입자 가속기는 더 높은 에너지로 업그레이드된 후에 이를 관측할 수 있습니다.

대중문화에서

  • 1930년 소설 스카이라크 3의 1948년 전재/편집에서, E. E. 스미스는 일련의 '1종과 2종의 하위 전자'를 중력과 관련된 기본 입자로 가정했다.이것이 원래 소설의 요소가 아닐 수도 있지만(시리즈의 일부 다른 소설의 과학적 근거는 18년간의 추가적인 과학적 발전으로 인해 광범위하게 수정되었다), 편집된 출판물조차도 전자가 근본적인 부분이 아니라는 가능성에 대한 첫 번째, 또는 첫 번째 언급일 수 있다.동그랗게
  • 1982년 영화 '스타 트렉 II'의 소설화 버전: '칸의 분노'는 캐롤 마커스 박사의 창세기 프로젝트 팀인 밴스 매디슨과 델윈 마치가 쓴 것으로, 그들이 "부줌"과 "스너크"라고 이름 붙인 하위 입자를 연구했는데, 그들이 "초등 물리"보다 농담으로 "유치원 물리"라고 부르는 분야이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b D'Souza, I.A.; Kalman, C.S. (1992). Preons: Models of Leptons, Quarks and Gauge Bosons as Composite Objects. World Scientific. ISBN 978-981-02-1019-9.
  2. ^ Hofstadter, Robert (1 July 1956). "Electron Scattering and Nuclear Structure". Reviews of Modern Physics. 28 (3): 214–254. Bibcode:1956RvMP...28..214H. doi:10.1103/RevModPhys.28.214.
  3. ^ Hofstadter, R.; Bumiller, F.; Yearian, M. R. (1 April 1958). "Electromagnetic Structure of the Proton and Neutron" (PDF). Reviews of Modern Physics. 30 (2): 482–497. Bibcode:1958RvMP...30..482H. doi:10.1103/RevModPhys.30.482. Archived (PDF) from the original on 2018-02-23.
  4. ^ Kalman, C. S. (2005). "Why quarks cannot be fundamental particles". Nuclear Physics B: Proceedings Supplements. 142: 235–237. arXiv:hep-ph/0411313. Bibcode:2005NuPhS.142..235K. doi:10.1016/j.nuclphysbps.2005.01.042. S2CID 119394495.
  5. ^ de Souza, M.E. (2010). "Calculation of almost all energy levels of baryons". Papers in Physics. 3: 030003–1. doi:10.4279/PIP.030003.
  6. ^ Overbye, D. (5 December 2006). "China Pursues Major Role in Particle Physics". The New York Times. Retrieved 2011-09-12.
  7. ^ Yershov, V.N. (2005). "Equilibrium Configurations of Tripolar Charges". Few-Body Systems. 37 (1–2): 79–106. arXiv:physics/0609185. Bibcode:2005FBS....37...79Y. doi:10.1007/s00601-004-0070-2. S2CID 119474883.
  8. ^ de Souza, M.E. (2005). "The Ultimate Division of Matter". Scientia Plena. 1 (4): 83.
  9. ^ Pati, J.C.; Salam, A. (1974). "Lepton number as the fourth "color"" (PDF). Physical Review D. 10 (1): 275–289. Bibcode:1974PhRvD..10..275P. doi:10.1103/PhysRevD.10.275. S2CID 17349483. Archived from the original (PDF) on 2019-02-20.
    에라타:
  10. ^ Terazawa, H.; Chikashige, Y.; Akama, K. (1977). "Unified model of the Nambu-Jona-Lasinio type for all elementary particles". Physical Review D. 15 (2): 480–487. Bibcode:1977PhRvD..15..480T. doi:10.1103/PhysRevD.15.480.
  11. ^ Ne'eman, Y. (1979). "Irreducible gauge theory of a consolidated Weinberg-Salam model". Physics Letters B. 81 (2): 190–194. Bibcode:1979PhLB...81..190N. doi:10.1016/0370-2693(79)90521-5. OSTI 6534180.
  12. ^ Harari, H. (1979). "A schematic model of quarks and leptons" (PDF). Physics Letters B. 86 (1): 83–6. Bibcode:1979PhLB...86...83H. doi:10.1016/0370-2693(79)90626-9. OSTI 1447265.
  13. ^ Shupe, M.A. (1979). "A composite model of leptons and quarks". Physics Letters B. 86 (1): 87–92. Bibcode:1979PhLB...86...87S. doi:10.1016/0370-2693(79)90627-0.
  14. ^ Fritzsch, H.; Mandelbaum, G. (1981). "Weak interactions as manifestations of the substructure of leptons and quarks". Physics Letters B. 102 (5): 319. Bibcode:1981PhLB..102..319F. doi:10.1016/0370-2693(81)90626-2.
  15. ^ de Souza, M.E. (2008). "Weak decays of hadrons reveal compositeness of quarks". Scientia Plena. 4 (6): 064801–1.
  16. ^ Dehmelt, H.G. (1989). "Experiments with an Isolated Subatomic Particle at Rest". Nobel Lecture. The Nobel Foundation. 참조도 참조해 주세요.
  17. ^ Dugne, J.-J.; Fredriksson, S.; Hansson, J.; Predazzi, E. (1997). "Higgs pain? Take a preon!". arXiv:hep-ph/9709227.
  18. ^ Harari, Haim; Seiberg, Nathan (1982). "The Rishon model" (PDF). Nuclear Physics B. North-Holland Publishing. 204 (1): 141–167. Bibcode:1982NuPhB.204..141H. doi:10.1016/0550-3213(82)90426-6. Retrieved 2018-06-02.

추가 정보