쿼크 섞임 문서 원본 보기

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[[파일:Ckm unitarity triangle.jpg|thumb]]
'''쿼크 섞임'''({{lang|en|quark mixing}})이란 [[표준 모형]]에서, [[약력]]에 의하여 [[쿼크]]의 [[맛깔]]이 바뀌는 현상을 말한다. 이 현상으로 인하여 약력은 [[CP 위반|CP 대칭]]을 위반한다.

== 역사 ==
[[1963년]]에 [[니콜라 카비보]]가 2개의 [[세대 (물리학)|세대]]에 대하여 제안하였다.<ref>{{저널 인용
 |성=Cabibbo|이름=Nicola|저자링크=니콜라 카비보
 |year=1963
 |title=Unitary symmetry and leptonic decays
 |url=https://archive.org/details/sim_physical-review-letters_1963-06-15_10_12/page/n24|journal=Physical Review Letters
 |volume=10 |issue=12 |pages=531–533
 |doi=10.1103/PhysRevLett.10.531
}}</ref>
이후 [[고바야시 마코토 (물리학자)|고바야시 마코토]]와 [[마스카와 도시히데]]가 [[1973년]]에 이를 3세대로 확장하였다.<ref>
{{저널 인용
 |author=[[고바야시 마코토 (물리학자)|Makoto Kobayashi]], [[마스카와 도시히데|Toshihide Maskawa]]
 |year=1973
 |title=CP-violation in the renormalizable theory of weak interaction
 |journal=Progress of Theoretical Physics
 |volume=49 |issue=2 |pages=652–657
 |doi=10.1143/PTP.49.652}}</ref> 고바야시와 마스카와는 이 공로로 2008년 [[노벨 물리학상]]을 수상하였다.

== 정의 ==
자연계의 힘 가운데 [[강력]]과 [[전자기력]]은 [[맛깔]]을 보존하지만 [[약력]]은 쿼크 섞임으로 인하여 그렇지 않다. 따라서 약력을 통하여 맛깔이 바뀌는 여러 과정이 가능하다. 예를 들어 중성자 붕괴
:<math>n\to p+e^-+\bar\nu_e</math>
는 약력으로 다음과 같이 발생한다.
:<math>d\to u+W^+\to u+e^-+\bar\nu_e</math>
여기서 아래 쿼크가 위 쿼크로 바뀌는 것을 볼 수 있다. 또한 무거운 [[강입자]]의 경우 더 가벼운 [[강입자]]로 붕괴하려면 역시 맛깔이 바뀌어야 하기 때문에 역시 쿼크 섞임으로 붕괴한다.

쿼크가 섞이는 정도는 3×3 [[유니타리 행렬]]인 '''쿼크 섞임 행렬''' 또는 '''카비보-고바야시-마스카와 (CKM) 행렬''' ''V''로 기술한다.
:<math>\begin{bmatrix} \left| d^\prime \right \rangle \\ \left| s^\prime \right \rangle \\ \left| b^\prime \right \rangle \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} V_{ud} & V_{us} & V_{ub} \\ V_{cd} & V_{cs} & V_{cb} \\ V_{td} & V_{ts} & V_{tb} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \left| d \right \rangle \\ \left| s \right \rangle \\ \left| b \right \rangle \end{bmatrix}</math>

CKM 행렬은 유니타리 행렬이므로 9개의 실수 도움변수로 나타낼 수 있다. 이 가운데 5개는 표준 모형의 라그랑지안으로 흡수시킬 수 있어서 실제로 4개의 도움변수면 족하다.

일반적으로 이 4개의 변수는 다음과 같이 정의한다.
:<math>V=\begin{bmatrix} c_{12}c_{13} & s_{12} c_{13} & s_{13}e^{-i\delta_{13}} \\ -s_{12}c_{23} - c_{12}s_{23}s_{13}e^{i\delta_{13}} & c_{12}c_{23} - s_{12}s_{23}s_{13}e^{i\delta_{13}} & s_{23}c_{13}\\ s_{12}s_{23} - c_{12}c_{23}s_{13}e^{i\delta_{13}} & -c_{12}s_{23} - s_{12}c_{23}s_{13}e^{i\delta_{13}} & c_{23}c_{13} \end{bmatrix}</math>
여기서
:<math>c_{ij}=\cos\theta_{ij}</math>
:<math>s_{ij}=\sin\theta_{ij}</math>
이렇게 적으면 도움변수의 값은 실험 결과 다음과 같다.
:''θ''<sub>12</sub> = 13.04<sup>±0.05</sup>°, ''θ''<sub>13</sub> = 0.201<sup>±0.011</sup>°, ''θ''<sub>23</sub> = 2.38<sup>±0.06</sup>°, ''δ''<sub>13</sub> = 1.20<sup>±0.08</sup>.

네 도움변수 중 처음 셋은 크기가 매우 다른데, 이는 서로 다른 세대로 붕괴하는 현상은 드물기 때문이다. 이에 착안하여, 세 변수가 다 비슷한 크기를 갖도록 도움변수를 잡을 수 있는데, 이를 '''울펀스타인 변수'''라고 한다. 미국의 물리학자 [[링컨 울펀스타인]](Lincoln Wolfenstein)이 [[1983년]]에 도입하였다.<ref>{{저널 인용
 |성=Wolfenstein|이름=Lincoln |year=1983
 |title={{lang|en|Parametrization of the Kobayashi-Maskawa Matrix}}
 |journal=Physical Review Letters
 |volume=51 | issue=21 |pages=1945
 |doi=10.1103/PhysRevLett.51.1945
}}</ref>
: ''λ'' = ''s''<sub>12</sub>
: ''Aλ''<sup>2</sup> = ''s''<sub>23</sub>
: ''Aλ''<sup>3</sup>(''ρ'' − i''η'') = ''s''<sub>13</sub>e<sup>−i''δ''</sup>
이에 따르면 도움변수의 값은 다음과 같다.
:''λ'' = 0.2257<sup>+0.0009-0.0010</sup>, ''A'' = 0.814<sup>+0.021-0.022</sup>, ''ρ'' = 0.135<sup>+0.031-0.016</sup>, ''η'' = 0.349<sup>+0.015-0.017</sup>

== 각주 ==
{{각주}}
* {{저널 인용
 |author=C. Amsler ''et al.''
 |year=2008
 |title=Review of Particles Physics: The CKM Quark-Mixing Matrix
 |url=http://pdg.lbl.gov/2008/reviews/kmmixrpp.pdf
 |journal=Physics Letters B
 |volume=667 |issue=1–5 |pages=1–1340
 |doi= 10.1016/j.physletb.2008.07.018}}

== 같이 보기 ==
* [[렙톤 섞임]] (PMNS 행렬)
* [[CP 위반]]
* [[표준 모형]]

{{전거 통제}}
{{소립자 물리학의 표준 모형}}

[[분류:입자물리학]]
[[분류:양자장론]]
[[분류:쿼크]]
[[분류:표준 모형]]