아이소스핀 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
[[입자물리학]]에서 '''아이소스핀'''(isospin), '''동위체 스핀'''(isotopic spin), '''동중핵 스핀'''(isobaric spin), 혹은 '''돌스핀'''은 [[강한 상호작용]]을 나타내는 [[양자수]]이다. 이 용어는 처음 '''동위체 스핀'''(''isotopic spin'')이라고 불렸지만 이것은 (동위원소에서 처럼) 두 동위체가 서로 다른 [[핵자]]들의 수를 갖는다는 인상을 줄 수 있기 때문에 혼란을 준다. 그러나 아이소스핀의 회전은 핵자의 수를 보존한다. 핵물리학자들은 '''동중핵 스핀'''(''isobaric spin'')이라는 용어를 선호하는데, 이것은 좀 더 명확한 의미를 담고 있다. 아이소스핀 대칭은 [[중입자]]와 [[중간자]]의 상호작용에 대한 좀 더 광범위한 [[맛깔]] 대칭의 부분집합이다. 아이소스핀 대칭은 입자물리학에서 매우 중요한 개념들을 담고 있으며 이것에 대한 세밀한 탐구는 역사적으로 [[쿼크]]의 발견과 이해 그리고 [[양-밀스 이론]]의 전개로 이어졌다.

통상적으로 입자의 [[스핀 (물리학)|스핀]](고유각운동량)에서 각운동량이 3차원 공간에서의 방향성을 지닌 물리량이라는 사실에 대응하여 [[색전하]]와 관계된 가상적인 공간을 생각하고, 각각의 강입자를 이 공간에서의 벡터로 대응시킬 때 이 벡터량이 아이소스핀이다. 무질량 색역학에서는 아이소스핀 대칭은 정확한 대칭이고, 따라서 아이소스핀은 보존된다. 실제 세계에서는 쿼크가 작지만 고유한 질량을 가지기 때문에 아이소스핀은 오직 근사적인 대칭이며, 근사적으로 보존된다.

== 강입자의 분류 ==
=== SU(2) 아이소스핀 ===
아이소스핀 SU(2) 대칭에 따라서, [[위 쿼크]] 및 [[아래 쿼크]]로 구성된 강입자들([[양성자]], [[중성자]], [[델타 중입자]], [[파이온]])를 분류할 수 있다. 위/아래 쿼크는 SU(2) 기본 표현 '''2'''에 해당하며, 반쿼크는 '''{{overline|2}}''' = '''2'''에 해당한다. 따라서, 하나의 쿼크와 하나의 반쿼크로 이루어진 중간자들은
:<math>\mathbf2\otimes\bar{\mathbf2}=\mathbf3\oplus\mathbf1</math>
의 원소이다. 여기서 <math>\mathbf3</math>은 [[파이온]] π<sup>+</sup>, π<sup>0</sup>, π<sup>−</sup>이고, <math>\mathbf1</math>은 [[에타 중간자]]이다.

중입자는 세 개의 쿼크로 구성된다. 따라서
:<math>\mathbf2\otimes\mathbf2\otimes\mathbf2=\mathbf4\oplus\mathbf2\oplus\mathbf2</math>
이다. 여기서 '''4'''는 [[델타 중입자]]이고, '''2'''는 [[핵자]] ([[양성자]]와 [[중성자]])이다.

=== SU(3) 아이소스핀 ===
마찬가지로, [[기묘 쿼크]]를 추가하여 SU(3) 아이소스핀을 고려할 수도 있다. 이 경우 '''[[팔정도 (물리학)|팔정도]]'''를 얻는다. 이에 따라서 [[중간자]]는
:<math>\mathbf3\otimes\bar{\mathbf3}=\mathbf8\oplus\mathbf1</math>,
[[중입자]]는
:<math>\mathbf3\otimes\mathbf3\otimes\mathbf3=\mathbf{10}\oplus\mathbf8\oplus\mathbf8\oplus\mathbf1</math>
로 분류된다. 즉, 중간자는 팔중항으로, 중입자는 십중항과 팔중항으로 분류된다.

{| style="margin-left: auto; margin-right: auto; text-align: center"
| [[파일:Meson octet.png|300px]] || [[파일:Baryon decuplet.png|300px]] || [[파일:Baryon octet.png|300px]]
|-
|중간자 팔중항 || 중입자 십중항 || 중입자 팔중항
|}

== 역사 ==
아이소스핀은 1932년 [[베르너 하이젠베르크]]<ref>
{{저널 인용
 |저자=W. Heisenberg
 |연도=1932
 |제목=Über den Bau der Atomkerne
 |저널=Zeitschrift für Physik
 |volume=77 |쪽=1–11
 |doi=10.1007/BF01342433
}}</ref>에 의해 당시 새로 발견된 [[중성자]]의 대칭을 설명하기 위해 도입되었다. 중성자의 [[질량]]과 양성자의 질량은 거의 같고, 전하를 제외한 다른 성질도 거의 같다. 특히, 양성자와 중성자는 동일하게 강한 상호작용을 겪는다. 이 때문에 양성자와 중성자를 통틀어 [[핵자]]라고 부른다. 두 핵자는 아이소스핀 대칭에 따라 흡사한 성질을 가지게 된다.
1937년 [[유진 위그너]]<ref>
{{저널 인용
 |저자=E. Wigner
 |연도=1937
 |제목=On the Consequences of the Symmetry of the Nuclear Hamiltonian on the Spectroscopy of Nuclei
 |url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1937-01-15_51_2/page/n38
 |저널=Physical Review
 |volume=51 |pages=106–119
 |doi=10.1103/PhysRev.51.106
}}</ref>가 이 [[양자수]]를 "아이소스핀"이라고 명명하였다.

아이소스핀의 존재와 그 근사적인 보존은 1960년대 [[쿼크]] 모형의 도입으로 설명되었다. 쿼크 모형에 따르면, 아이소스핀은 [[위 쿼크]]와 [[아래 쿼크]]를 섞는 대칭이다. 이에 따라 중성자가 양성자에서 위 쿼크하나를 아래 쿼크로 치환한 것이라고 가정하면, 두 핵자의 유사한 질량을 설명할 수 있다.

== 같이 보기 ==
* [[약한 아이소스핀]]은 [[약한 상호작용]]을 다루는 두 양자수 (약한 아이소스핀, 약한 초전하) 가운데 하나다. 같은 SU(2) 대칭으로, 강한 상호작용의 아이소스핀과 여러 유사한 점이 있으나, 약한 아이소스핀은 아이소스핀과 달리 게이지 대칭이고, 정확히 보존된다.

== 각주 ==
<references />

{{전거 통제}}

[[분류:강입자]]
[[분류:입자물리학]]
[[분류:핵물리학]]
[[분류:쿼크]]
[[분류:표준 모형]]
[[분류:맛깔]]