물리학 physique

입자 - 렙톤

Mintaka5 2024. 7. 2. 13:38
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Un lepton

기본입자의 하나로(또 다른 입자는 쿼크)물질의 가장 기본적인 구성요소이고, 경입자(상대적으로 가벼운 입자, 모두 가벼운건 아님, 아래 표 참고해보면 암)라는 의미를 지니고 있음. 렙톤의 한 종류인 전자는 1897년 톰슨(Joseph John Thomson, 1856~1940)이 발견, 뮤온은 1936년 앤더슨(Carl david anderson, 1905~1991)이 발견, 1947년에나 되어야 전자와 같이 행동하는 입자를 '렙톤'이라고  이름 붙여짐[렙톤 명명자 : 벨기에 물리학자 레옹 로정펠드(Léon Rosenfeld, 1904~1974)]으로서 등장하게 된다.

처음에 발견될땐 렙톤은 전자의 질량이 핵에 비해 낮다는 의미로 해석하여 명명되어 진 것이라 함.

 

I-1. 렙톤의 종류

현재까지 발견된 렙톤은 6가지종류가 있음.

전하를 띠는가 안 띠는가에 따라서 하전입자, 중성미자형태로 분류가능. 

아래는 렙톤의 고유성질을 나타내는 표.

  분류 명칭 (렙톤 / 반렙톤) 심볼 전하 질량(MeV/c^2) 스핀
하전입자 전자 / +전자
-1 / +1 0,511
뮤온 / 반뮤온
-1 / +1 105,658
타우온 / 반타우온 
-1 / +1 1776,84
중성 / 반중성미자 전자 중성미자 / 전자 반중성미자
0 < 0,0000022
뮤온 중성미자 / 뮤온 반중성미자
0 < 0,17
타우온 중성미자 / 타우온 반중성미자
0 < 15,5 

중성미자는 전하를 띠지 않고, 질량도 상대적으로 하전입자보다 훨씬 작고 게다가 다른 입자들과 상호작용을 하지 않기 때문에 관측하기 매우 힘든 입자 중 하나. 우주생성초기 쿼크와 전자가 생성되면서, 전 우주에서 관측 가능한 전자에 비해 상대적으로 이후세대에 등장한 뮤온과 타우온은 우주선이나 입자 가속기를 통해서만 발견 가능.

 

I-2. 강력과의 관계

강한 상호작용(강력)은 쿼크와 강입자, 글루온등에 영향을 미치는데, 렙톤은 강한 상호작용의 영향을 받지 않고  약력, 전자기력, 중력에는 영향을 받는다. 

스탠다드 라그랑지안 모델을 사용해서 렙톤에 대한 항(전자, 뮤온, 타우온, 질량텀등)을 추가하여 풀면 각각 힘에대한 해당 값이 취해진다.

 

I-3. 렙톤은 페르미온

페르미온은 페르미-디랙 통계를 따르는 입자로서, 모든 입자는 페르미온과 보손으로 나뉘어짐. 그리고 보손과 다르게 페르미온은 파울리 배타 원리*를 충족함(서로 다른 두 페르미온은, 같은 양자 상태를 가질 수 없다).

  분류 설명 종류
페르미온 쿼크** 중간자를 매개하는 입자 Up quark, Down quark
렙톤 자유 입자 전자, 뮤온, 타우온

*파울리 배타 원리 : 하나의 양자상태에 동일한 두 개의 페르미온은 존재할 수 없다는 뜻으로, 둘중 하나는 반드시 반대의 스핀을 가지고 있어야 성립하는 원리.

**쿼크는 강한 상호작용의 영향을 받는다.

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