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가장 중요한 과학적 발견
기본 입자의 분류. 과학적 발견의 역사와 본질
Regge는 물리학 저서에서 "지금까지 발견된 소립자의 수는 몇 개입니까?"라고 묻습니다. "그 특성을 설명하고 물리학자들 사이에서 유통되고 있는 간략한 참고서의 두께로 판단하면 수백 개가 됩니다. 이러한 입자의 대부분이 수집됩니다. 핵자 또는 파이온의 가족과 유사한 가족에서 이러한 가족은 멘델레예프의 주기율표와 유사한 역할을 수행하므로 화학에 유용합니다. 그러나 우리가 원자와 유사한 물체의 분류에 종사하고 있음을 시사하는 것은 바로 이러한 유사성입니다. , 그리고 전혀 기본적이지 않습니다. 어떤 식으로든, 그러나 물질의 진정한 기본 구성 요소에 대한 탐색은 이미 다시 시작되었으며 1963년까지 입자가 더 큰 그룹으로 그룹화되어야 한다는 것이 분명해졌습니다. 고대 그리스 철학자들은 예외적으로 규칙적이고 대칭적인 형태를 원자에 부여했습니다. 실제 원자는 이와는 거리가 멀지만 물리학에서 대칭 개념이 중요한 역할을 해야 한다는 생각은 여전히 남아 있습니다. 가족에 의한 입자 분류는 자연에서 일종의 대칭의 존재를 반영합니다 ... " XNUMX년대 소립자의 물리학은 형성단계에 있었다. 이 물리학 분야에서 실험적 연구의 주요 수단은 입자 빔을 정지된 목표물에 "쏘는" 가속기였습니다. 입사 입자가 목표물과 충돌할 때 새로운 입자가 탄생했습니다. 가속기의 도움으로 실험자들은 이미 알려진 양성자, 중성자 및 전자 외에도 몇 가지 새로운 유형의 기본 입자를 얻을 수 있었습니다. 이론 물리학자들은 모든 새로운 입자를 분류할 수 있는 몇 가지 계획을 찾으려고 노력했습니다. 과학자들은 비정상적인(이상한) 행동을 하는 입자를 발견했습니다. 일부 충돌의 결과로 이러한 입자의 생성 속도는 속도를 특징으로 하는 강한 상호 작용에 의해 행동이 결정됨을 나타냅니다. 강함, 약함, 전자기 및 중력 상호 작용은 모든 현상의 기초가 되는 XNUMX가지 기본 상호 작용을 형성합니다. 동시에 이상한 입자는 비정상적으로 오랜 시간 동안 붕괴했는데, 이는 강력한 상호 작용에 의해 행동이 결정되면 불가능합니다. 이상한 입자의 붕괴 속도는 이 과정이 훨씬 약한 상호 작용에 의해 결정되었음을 나타내는 것 같습니다. 이 가장 어려운 작업의 해결 방법에 대해 관심을 집중시켰습니다. 겔만. 머레이 겔만(Murray Gell-Mann)은 15년 1929월 1948일 뉴욕에서 태어났으며 오스트리아 출신 이민자인 Arthur와 Pauline(Reichstein) Gell-Mann의 막내 아들이었습니다. 1951세에 Murry는 Yale University에 입학했습니다. 그는 XNUMX년에 이학사 학위로 졸업했습니다. 그는 매사추세츠 공과 대학에서 대학원생으로 다음 해를 보냈습니다. 여기에서 XNUMX년에 겔만은 물리학 박사 학위를 받았습니다. 프린스턴 기초 연구 연구소(뉴저지)에서 XNUMX년 동안 체류한 후 Gell-Mann은 시카고 대학에서 다음과 같이 일하기 시작했습니다. 엔리코 페르미, 처음에는 강사(1952-1953)로, 그 다음에는 조교수(1953-1954)와 부교수(1954-1955)로. 1955년에 겔만은 칼텍 교수진의 부교수가 되었습니다. 그의 구성의 출발점으로 그는 전하 독립성이라는 개념을 선택했습니다. 그 본질은 유사성을 강조하는 특정 입자 그룹화에 있습니다. 예를 들어, 양성자와 중성자의 전하가 다르다는 사실에도 불구하고(양성자는 +1의 전하를 갖고, 중성자는 0의 전하를 가짐), 다른 모든 측면에서는 동일합니다. 따라서 평균 전하 또는 전하 중심이 1/2인 핵자라고 불리는 동일한 유형의 입자의 두 가지 종류로 간주될 수 있습니다. 양성자와 중성자는 이중선을 형성한다고 일반적으로 알려져 있습니다. 다른 입자도 유사한 이중선, 삼중선이라고 하는 세 개의 입자 그룹, 단일선이라고 하는 단 하나의 입자로 구성된 "그룹"에 포함될 수 있습니다. 여러 개의 입자로 구성된 그룹의 일반적인 이름은 다중선입니다. 비슷한 방식으로 이상한 입자를 그룹화하려는 모든 시도는 실패했습니다. 그룹화에 대한 계획을 개발하면서 Gell-Mann은 다중선의 평균 전하가 핵자의 평균 전하와 다르다는 것을 발견했습니다. 그는 이 차이가 기묘한 입자의 근본적인 성질일 수 있다는 결론에 도달하고 기묘함이라는 새로운 양자 성질을 도입할 것을 제안했다. 대수적 이유로 입자의 기이함은 평균 다중항 전하와 평균 핵자 전하 + 1/2 간의 차이의 두 배와 같습니다. Gell-Mann은 강한 힘과 관련된 모든 반응에서 기이함이 보존된다는 것을 보여주었습니다. 즉, 강한 상호작용 이전의 모든 입자의 전체 기묘성은 상호작용 후의 모든 입자의 전체 기묘성과 절대적으로 같아야 합니다. 이상한 보존은 왜 그러한 입자의 붕괴가 강한 상호 작용에 의해 결정될 수 없는지 설명합니다. 이상한 입자가 아닌 다른 입자가 충돌하면 이상한 입자가 쌍으로 생성됩니다. 이 경우 한 입자의 이상함은 다른 입자의 이상함을 보상합니다. 예를 들어, 한 쌍의 입자 중 하나의 이상도가 +1이면 다른 입자의 이상도는 -1입니다. 이것이 충돌 전후의 비이상 입자의 총 기이함 값이 0인 이유입니다. 출생 후 이상한 입자는 날아갑니다. 고립된 기묘 입자는 붕괴 생성물이 기묘도가 1953인 입자여야 하는 경우 강한 상호 작용으로 인해 붕괴할 수 없습니다. Gell-Mann은 전자기 상호작용(특징적인 시간이 강한 상호작용과 약한 상호작용의 시간 사이에 있음)도 낯설음을 보존한다는 것을 보여주었습니다. 따라서 태어난 이상한 입자는 이상한 것을 보존하지 않는 약한 상호 작용에 의해 결정되어 붕괴 될 때까지 생존합니다. 과학자는 XNUMX년에 그의 아이디어를 발표했습니다. 1961년에 Gell-Mann은 이상한 입자를 설명하기 위해 제안한 다중항 시스템이 훨씬 더 일반적인 이론 체계에 포함될 수 있음을 발견하여 강력하게 상호 작용하는 모든 입자를 "패밀리"로 그룹화할 수 있었습니다. 과학자는 그의 계획을 XNUMX중 경로(불교의 의로운 삶의 XNUMX가지 속성과 유사)라고 불렀습니다. 일부 입자는 각각 XNUMX명의 구성원이 있는 가족으로 그룹화되었기 때문입니다. 그가 제안한 입자 분류 체계는 XNUMX진 대칭이라고도 합니다. 곧 Gell-Man과 독립적으로 이스라엘 물리학자 Yuval Neeman이 유사한 입자 분류를 제안했습니다. 미국 과학자의 1964중 경로는 종종 멘델레예프의 주기율표 화학 원소 시스템과 비교되는데, 여기에서 유사한 특성을 가진 화학 원소가 가족으로 그룹화됩니다. 주기율표에 빈 세포를 남겨두고 아직 알려지지 않은 원소의 특성을 예측한 멘델레예프와 마찬가지로, 겔-만은 일부 입자군에 빈 공간을 남겼고, 올바른 속성 집합을 가진 입자가 "공극"을 채워야 한다고 제안했습니다. 그의 이론은 XNUMX년 이러한 입자 중 하나가 발견된 후 부분적으로 확인되었습니다. 1963년 매사추세츠 공과대학의 객원교수였던 겔만은 강한 상호작용에 관여하는 각 입자가 분수 전하를 띤 입자의 삼중항으로 구성되어 있다고 가정함으로써 XNUMX중 경로의 상세한 구조를 설명할 수 있음을 발견했습니다. 양성자의 전하. 같은 발견은 유럽 핵 연구 센터(European Center for Nuclear Research)에서 일한 미국 물리학자 조지 츠바이크(George Zweig)에 의해 이루어졌습니다. Gell-Mann은 James Joyce의 Finnegans Wake("마크 씨를 위한 2개의 쿼크!")에서 단어를 차용하여 부분적으로 하전된 입자를 쿼크라고 불렀습니다. 쿼크는 +3/1 또는 -3/2의 전하를 가질 수 있습니다. -3/1 또는 +3/2의 전하를 갖는 반쿼크도 있습니다. 전하가 없는 중성자는 전하가 +3/1인 쿼크 3개와 전하가 -1/2인 쿼크로 구성되어 있습니다. +3 전하를 가진 양성자는 전하가 +1/3인 쿼크 XNUMX개와 -XNUMX/XNUMX의 전하를 갖는 쿼크. 동일한 전하를 가진 쿼크는 다른 속성에서 다를 수 있습니다. 이는 동일한 전하를 가진 여러 유형의 쿼크가 있음을 의미합니다. 따라서 쿼크의 다양한 조합은 강하게 상호작용하는 모든 입자를 기술하는 것을 가능하게 합니다. 겔만은 "소립자의 분류 및 상호작용과 관련된 발견"으로 1969년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 스웨덴 왕립과학원의 Ivar Waller는 시상식에서 "Gell-Mann은 XNUMX년 넘게 소립자 이론 분야의 선도적인 과학자로 여겨져 왔다"고 말했습니다. Waller에 따르면, 그가 제안한 방법은 "소립자 물리학에서 추가 연구를 위한 가장 강력한 수단 중 하나입니다." 저자: Samin D.K.
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