문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 표준 모형 (문단 편집) === 기본 입자들 === [include(틀:기본입자)] 현재 인류는 모든 물질들[* 후술하겠지만 한계가 있다.]이 이 기본 입자들로 구성되어 있다는 것을 밝혔다.[* 책에 따라서는 반입자, 쿼크와 글루온의 색깔까지 고려해 테이블을 몇 개로 빵빵하게 키우기도 한다.(...)] 표준 모형의 한 골자 중 하나. 사실 정확하게는 모든 물질들을 설명하는 장들을 찾은 것인데, 장의 양자화는 각 장에 해당하는 어떤 입자가 존재할 것을 말해준다. 기본 입자들이 바로 그것. [[상대성 이론]]에 따르면 모든 물리량은 텐서(스칼라, 벡터 포함) 혹은 스피너로 표현이 된다. 따라서 가능한 장은 텐서 혹은 스피너로 표현이 되는데, 이 둘 중 어느 것으로 표현된 장이냐에 따라 보손 장이냐 페르미온 장이냐로 분류된다. 위 라그랑지언에서 디랙 항과 유카와 항에 해당하는 것들이 바로 페르미온 장을 나타낸다. 상호작용 때문에 각 항에는 양-밀스 장과 힉스 장이 포함되어 있긴 하지만. 또한 기본 입자들의 스피너는 스핀 1/2에 해당하는 스피너들 뿐이다. 페르미온 장은 보통 다중항(multiplet)으로 표현되어 있는데, 이 다중항의 성분들 하나하나가 어떤 입자의 카이럴(chiral)[* 왼손 입자 혹은 오른손 입자] 성분 중 하나에 해당한다.[* 원래는 그냥 입자의 장 전체인데, 패리티 대칭성이 깨진 것 때문에 카이럴 성분 중 하나만 들어가는 경우도 있다.] 그 다중항을 풀어 쓰면 한 세대(generation)을 얻는다. 위 표에서 페르미온의 세 줄들 중 각 줄 하나하나가 세대에 해당한다. 물론 세대별로 디랙 항이 따로따로 존재한다. 다만 유카와 항은 하나로 묶여 있는데, 여기서 다른 입자들의 질량 같은 것들이 서로 복잡하게 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 재밌게도 표준 모형은 '왜 세 세대가 있어야 하는가'를 설명하지 못한다. 그 말은 즉 4번째 세대가 있어도 문제가 없다는 뜻이다.[* 다만 그럴려면 힉스 장이 복잡하게 바뀌어야 한다. 예를 들면 추가적인 힉스 입자가 필요하다든가. 관측에서 이와 부합하는 결과는 없었기에 4번째 혹은 그 이상의 세대가 있을 확률은 작다. 사실 3번째 세대가 있다는 것도 예기치 않은 복잡성을 필요로 했다. CP-대칭성의 붕괴가 바로 그것이다. 그런데 관측으로부터 CP-대칭성의 붕괴가 확실시되자, 3번째 세대의 존재가 가시화되었고, 결국 다 발견이 되었다.][* 4세대 중성미자의 질량이 다른 중성미자보다 수십억배 정도는 무거워 Z보손 질량의 절반 정도는 될 것이라는 계산이 나와 세 세대만 있을 것이라 믿는 학자들도 적지 않다.] 한편 실제로 우리가 흔히 보는 물질들은 거의 대부분이 1세대에 속하는 것들로, 원자는 (속박이 안 되는 전자 중성미자를 제외한다면) 이들 1세대 입자들, 즉 위 쿼크와 아래 쿼크, 전자로 구성되어 있다. 나머지는 워낙 무거운 탓에 금방 붕괴가 되어 우리가 쉽게 접할 수 없다. 한편 보손으로 되어 있는 장은 스핀 1인 장과 스핀 0인 장 둘뿐인데[* 중력자는 스핀 2인 입자일 것으로 여겨진다. 저 테이블에 들어 가 있긴 하지만 중력자는 사실 표준 모형에 들어가 있는 입자가 아니다.], 스핀 1인 장은 모두 벡터 장, 특히 [[게이지 장]]으로 표현이 된다. 페르미온 장에 국소적 위상 변환(게이지 변환)에 대한 대칭성을 요구하면 게이지 장이 얻어지는데, 이 게이지 장을 양자화하여 얻은 것이 바로 위 테이블의 [[게이지 보손]]들이다. 다만 주의할 것은 광자와 W+, W-, Z 보손은 사실 힉스 메커니즘을 한번 거쳐서 나타난 [math(SU(2) \times U(1))]-게이지 장의 입자들이다. 원래 버전의 게이지 장 입자라면 모두 질량이 없는 동등한 네 입자여야 한다. 하지만 힉스 메커니즘 때문에 이들이 섞여서 저 네 입자가 나타나도록 되었고, 하나였던 상호작용도 둘로 쪼개진 것이다. 한편 글루온은 이들 힘과 개별적으로 작용하는데, [math(SU(3))]를 게이지 군으로 갖는다. 잘 알려져 있다시피 글루온은 쿼크들에만 작용하며 쿼크들을 묶는 힘이다. 마지막으로 가장 나중에 발견된 스핀 0인 장, 혹은 스칼라 장은 소위 힉스 장이라고 불리는 장이다. 힉스 장은 질량을 가진 모든 입자에 질량을 부여하는 역할을 한다.[* 사실 힉스 메커니즘이 없어도 입자들은, 특히 페르미온들을 질량을 충분히 가질 수 있다. 하지만 게이지 대칭성과 패리티 붕괴를 둘 다 고려하는 순간 페르미온들은 질량을 가질 수 없게 된다. 실제로는 질량을 가지는데도 말이다. 이 문제 또한 힉스 장이 해결해 준다. ~~만능이여~~] 다만 힉스 장 자신은 빼고 말이다. 힉스 장은 스스로 질량을 가지고 있다. 물론 대칭성이 깨지고 난 후의 얘기이고, 대칭성이 안 깨졌을 때에는 이야기가 복잡해지지만.[* 예를 들어 가짜 진공(대칭성이 깨지지 않고 있는 진공)에서 '''힉스 장의 질량은 제곱했을 때 음수'''이다! 타키온 같아 보이고, 실제로 이런 입자들을 타키오닉 입자라고 부르는데, 이름이라든가 저런 특성과는 다르게 힉스 입자는 그 어떤 상황에서도 빛보다 빨리 움직이지 않는다. 사실 질량의 제곱이 음수라는 조건이 수학적으로 가짜 진공과 진짜 진공, 그리고 자발적인 대칭성 깨짐을 유도하는 중요한 역할을 한다. 한편 높은 온도에서는 이러한 허수 질량 성질이 사라지는데, 이때 가능한 바닥 상태의 진공은 하나만 남게 되고 게이지 대칭성은 깨지지 않고 유지가 된다. 온도에 따라 진공의 상태가 바뀌는 것을 보고 물리학자들은 상전이(phase transition)라고 부른다. 물이 얼음이 되고 수증기가 되는 과정을 말하는 그 상전이 맞다. 실제로 이때 쓰이는 이론과 열역학의 상전이 이론에서 쓰이는 메커니즘은 무척 유사하다.] 그리고 계속 이야기했던 것이지만 전자기약력이 전자기 상호작용과 약한 상호작용으로 분화되는 원인이기도 하다.저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기