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W입자

다른 표기 언어 W particle 동의어 약한입자, 약력자, 弱力子, weakon

요약 핵 사이에서 약력(weak force)을 매개하는 원자구성 수준의 입자.

약력은 특정한 원자핵의 방사능 붕괴를 지배하는 힘이다. W입자는 전하를 가진 중간 벡터 보손(interme-diate vector boson)으로서 약한입자(weakon)라고도 한다. 1960년대말에 셸든 글래쇼, 스티븐 와인버그, 압두스 살람 등의 물리학자들이 중간 벡터 보손의 존재와 특성을 예언했다.

와인버그-살람 이론 또는 전기약력 통일이론이라 불리는 이 이론은 오랫동안 서로 다른 실재라고 여겨왔던 전자기력과 약력이 실제로는 동일한 근본의 상호작용이 다르게 나타나는 것임을 설명해냈다. 전자기력이 광자라는 입자에 의해 매개되는 것처럼 약력도 3가지 종류의 중간 벡터 보손에 의해 매개된다. 3가지 중 2가지는 양이나 음의 전하를 띠고 있어서 각각 W와 W라고 부른다. 마지막의 Z0는 전기적으로 중성이다.

이들은 광자와는 달리 질량이 크기 때문에 핵의 약력이 미치는 범위가 매우 작다(약 10-16cm 정도). 양자역학이 밝혀낸 것처럼 힘이 전달되는 범위는 그 힘을 매개하는 입자의 질량에 반비례한다.

이론적으로 약한 보손은 양성자와 같은 핵자가 매우 큰 에너지를 가지고 그 상대가 되는 반입자와 정면 충돌하여 소멸될 때 생성된다. 이러한 충돌이 일어나면 핵자를 구성하는 3개의 쿼크중 1개가 반입자의 반쿼크와 상호작용해 약한 보손을 만든다. 이 입자는 그후 대부분 전하를 띤 전자나 뮤온, 타우 입자 등과 같은 경입자와 그에 대응되는 중성미자로 붕괴한다.

1983년에 스위스 제네바에 있는 유럽 원자핵공동연구소(CERN)의 과학자들이 W입자나 Z입자의 생성과 붕괴에 대해 예언했던 것과 비슷한 특성을 관찰했다.

그들의 발견은 약한 보손의 존재에 대한 최초의 직접적인 증거가 되었으며 와인버그-살람이론을 강력하게 뒷받침해주었다. CERN의 과학자들은 양성자와 반양성자를 540GeV의 충돌 빔 저장 고리에서 충돌시킬 때 약한 보손의 존재를 나타내는 확실한 증거를 발견했다고 보고했다. 지금까지 관측된 모든 W입자는 전기약력 모형에서 예측한 대로 약 81GeV의 에너지를 가지는데, 이 값은 양성자 질량의 80배에 해당한다. W보존은 전자와 중성미자로 붕괴하며, W, 종류는 양전자(전자의 반입자)와 중성미자로 붕괴한다. 전기적으로 중성인 Z입자도 예상했던 것과 대체로 비슷한 성질을 가지고 있다. Z입자의 정지질량은 예상대로 93GeV이고, 붕괴방식도 기본적으로는 예언한 바와 같다. 경우에 따라 약간의 편차는 있지만 대부분의 Z보손은 생성되자마자 전자-양전자 쌍으로 붕괴한다.

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