앞선입자 문서 원본 보기

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[[물리학]]에서 '''앞선 입자''' 또는 '''프리온'''(preon)은 현재 기본입자로 알려진 [[쿼크]], [[렙톤]], 무게 있는 [[W와 Z보존|게이지 보존]]을 기본입자가 아닌 결합체로 볼 때, 이를 구성하는 가상의 입자를 일컫는다.

모델에 따라 2~6개의 기본 앞선 입자들을 가지고 현재 관측되는 쿼크와 렙톤의 물리량(양자수)을 어느 정도 설명할 수 있다.
그러나 아직까지 받아들여지고 있는 프레온 모델은 없다.

== 목표 ==
입자 물리학의 [[표준 모형]]에 의하면 현재까지 알려진 기본 입자는 물질
입자로 쿼크와 렙톤, 그리고 힘을 매개하는 입자로 SU(3)xSU(2)xU(1) 군의
게이지 보존이다.
* 쿼크는 6개의 맛깔(flavor)이 있고, 각각의 맛깔에 대해 3개의 색깔을 띤다. 그러나 더 정확히는 왼쪽과 오른쪽 카이랄을 띠는 쿼크로 또 분류할 수 있기 때문에 모두 합하여 6x3x2 = 36개가 있다고 볼 수 있다.
* 렙톤 역시 6개의 향이 있고 이들은 3개의 전자(전자, 뮤온, 타우온)와 3개의 뉴트리노가 있다. 왼쪽과 오른쪽 카이랄을 고려할 때, 전자들만 양쪽 카이랄이 있기 때문에 모두 합하여 6x3+3x3 = 27개가 있다.

따라서 물질을 이르는 쿼크와 렙톤은 모두 45개이다. 이 관점에서 볼 때, 기본입자의 개수는 상당히 많다고 볼 수 있으며, 이들을 더 단순한 기본 입자로 설명하는 것이 프레온의 목표이다. 모델에 따라 2개에서 6개까지의 프레온이 이들 모두를 설명한다고 본다.

프리온 모델을 결정하는 데에는, 관찰되는 쿼크와 렙톤의 [[양자수]]를 설명할 수 있는 가능성이 중요하게 작용된다.
어떤 입자의 양자수는 표준모형의 [[전하]]와(색깔, 전기 전하 등), [[스핀 (물리학)|스핀]], [[질량]] 등이 있다. 기본입자의 스핀은 기본입자의 고유한 성질이지만, 기본입자들의 조합으로 유도된 입자는 전체 [[각운동량]]의 합이 유도입자의 스핀이 된다. [[산소]] 원자의 스핀은 0이며, [[세슘]] 원자의 스핀은 1(플랑크 상수의 단위로)인데, 이들을 이루고 있는 양성자(스핀 1/2)와 중성자(스핀 1/2)의 스핀들의 조합으로 이루어진다. 마찬가지로 스핀 1/2인 입자와 스핀 0인 입자가 결합하면 각운동량이 1/2이 되며, 스핀 1/2인 입자 3개가 결합할 경우, 전체 스핀은 1/2이나 3/2가 될 수 있다.

== 특징 ==
* 쿼크와 렙톤의 3개의 세대를 설명한다. 앞선입자들의 조합은 한정되어 있기 때문에 유한한 개수의 반복된 쿼크와 렙톤을 얻을 수 있다. 그러나 많은 경우, 더 많은 불규칙한 세대를 예측하기도 하며, 단지 불규칙하지만 보이지 않는 세대는 무겁기 때문에 보이지 않는다고 설명한다.
* [[약한 상호작용]]을 매개하는 [[W와 Z보존]]을 앞선입자들의 조합으로 설명한다.
** 따라서 이들이 매개하는 약한 상호작용은 SU(2)군에 기반한 게이지 힘일 필요가 없다.
** 힉스 입자가 존재할 필요가 없다.

== 리숀 ==
하라리(Harari)와 슈페(Shupe)가 [[1979년]] 제창한 모델이다. 프레온
모델에서 가장 널리 알려진 모델이다. 두 개의 페르미온이 있으며, 이들은
모두 색깔 그룹인 SU(3)의 3을 이룬다.

== 듀네-프레드릭손-한손 모델 ==
90년대 말 이후로 지금까지 연구되고 있는 모델은 듀네(Dugne), 프레드릭손(Fredriksson), 한손(Hansson)등이 연구하고 있는 3개의 프레온 모델이다. 이들을 소위 삼위일체(trinity)모형이라고도 부른다.

이들은 기본 입자로 3개의 프레온 <math>\alpha, \beta, \delta</math>를 상정한다. 이들은 모두 표준 모형의 색깔 그룹인 SU(3)의 3를 이루며, 어떤 다른 초색상에 의해 결합하는 [[스핀 (물리학)|스핀]] 1/2인 [[페르미온]]이다. SU(3)에서는 두개의 3이 반대칭으로(antisymmetric) 텐서결합하면 3*이 되므로, 색깔에 대해서는 반 앞선입자와 같으나, [[전기 전하]]는 두 앞선입자의 합이며, 스핀은 0이 된다.

== 비판 ==
프레온 모델들은 아직까지 다음과 같은 질문에 대답하지 못한다.
* 기본 프레온들이 어떻게 결합하는가. 이들을 묶는 [[초색깔]](hypercolor)은 어떤 성질을 갖는가.
* 미리입자의 조합은 쿼크와 렙톤의 물리량(양자수)을 거의 잘 나타내지만, 일반적으로 쿼크와 렙톤 말고도 다른 입자들을 예측한다. 왜 프레온의 어떤 결합체만 관측되고, 다른 결합체는 관측되지 않는가.
* 쿼크와 렙톤 등이 가벼우면서도 작게 만들어야 하는데, [[불확정성 원리]]에 의하면 작게 만들기 힘들다.<ref>L. Smolin, 《The Trouble with Physics》, 2007년, 73쪽</ref> 아울러 이들에게 질량을 어떻게 주는가.
* 어떤 동역학(dynamics)를 갖는가.
* 과연 프레온이 더 간단한가.

== 각주 ==
<references/>

{{전거 통제}}

[[분류:입자물리학]]
[[분류:양자장론]]
[[분류:가설상의 아원자 입자]]