테크니컬러 (물리학) 문서 원본 보기

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{{양자장론}}
[[양자장론]]에서 '''테크니컬러'''({{lang|en-GB|technicolour}})란 [[표준 모형]]에서 [[전약력]] 대칭을 [[힉스 메커니즘]]을 도입하는 대신 새로운 [[게이지 대칭]]을 입하여 [[자발 대칭 깨짐|깨뜨리는]] 이론이다. 여러 가지 종류가 있다. 테크니컬러에서 도입하는 새로운 대칭은 낮은 에너지에서는 [[색가둠]]에 의하여 숨겨지게 된다. 테크니컬러를 이용하면 표준 모형의 여러 [[계층 문제]]를 피할 수 있다.

테크니컬러는 이 게이지 대칭에 해당하는 새로운 입자를 예측한다. 이들은 이론에 따라 다르지만 대개 테크니쿼크, 테크니렙톤, 테크니파이온 ([[게이지 보손]]) 따위가 있다.

== 어원 ==
테크니컬러의 어원은 본디 [[양자색역학]]의 색 대칭과 유사한 대칭을 도입하므로 영어로 색을 뜻하는 "컬러"({{lang|en-GB|colour}})를 따서 지었다. "테크니컬러"라는 이름은 미국에서 컬러 영화를 촬영하는 기법 중 하나인데, 이를 농으로 딴 것이다.

== 목적 ==
[[표준 모형]]은 전약력 대칭의 깨짐을 필요로 한다. 그러나 이 깨짐이 어떤 방식으로 이뤄지는지는 아직 실험적으로 밝혀지지 않았다. 통상적으로, 이는 스칼라장인 [[힉스 보손]]을 도입하여 이루어지나, 이는 결합 상수의 미세 조정이 필요하여 부자연스럽다. 테크니컬러는 이 문제를 스칼라 입자를 도입하는 대신 페르미온으로 해결한다. 테크니컬러의 상호작용은 높은 에너지에서는 [[점근 자유성]]을 지니나, 전약력 에너지 근처에서는 [[색가둠]]을 가진다. 이에 따라 페르미온의 손지기 대칭이 깨지고, 여기에 결합된 전약력도 깨지게 된다.

[[힉스 보손]]은 전약력 대칭을 깨는 역할 밖에도, 페르미온에 질량을 부여하는 역할도 한다. 테크니컬러에서는 [[힉스 보손]]이 없으므로 다른 방법으로 페르미온 질량을 설명하여야 한다. 이에 따라 '''확장 테크니컬러'''({{lang|en-GB|extended technicolour}})가 필요하다.

== 전개 ==
테크니컬러는 전약력 눈금에 비가환 게이지 상호작용을 도입하여 전약력 대칭을 자연스럽게 깨는 이론이다. 우선, 새로운 게이지 대칭 <math>G_\text{T}</math>을 도입한다. 이는 대개 <math>G_\text{T}=\mathrm{SU}(N_\text{T})</math>로 가정한다 (<math>N_\text{T}</math>은 테크니컬러의 수). 여기에 이에 따라 변환하는 페르미온인 '''테크니페르미온'''({{lang|en|technifermion}})을 도입하자. 대개 이들은 <math>\mathrm{SU}(N_\text{T})</math>의 기본 표현을 따르는 <math>N_\text{f}</math>개의 무질량 디랙 페르미온으로 가정한다. 이 경우에, 테크니페르미온 작용은 <math>\mathrm{SU}(N_\text{f})\times\mathrm{SU}(N_\text{f})</math>의 손지기 대칭을 지닌다. 충분히 낮은 에너지에서는 테크니컬러가 세져 테크니페르미온이 응집하여 손지기 대칭이 그 대각 부분군 <math>\mathrm{SU}(N_\text{f})_\text{V}</math>로 깨지게 되고, 여기서 생성된 무질량의 [[골드스톤 보존]]('''테크니파이온''')은 전약력 게이지 보존에 의하여 삼켜져 이들에 질량을 부여한다.

== 확장 테크니컬러 ==
[[표준 모형]]에서는 [[힉스 보손]]에 의하여 페르미온이 질량을 얻게 되나, 테크니컬러에서는 힉스 보손이 없으므로 페르미온에 질량을 부여하는 다른 메커니즘이 필요하다. 이를 하기 위해서는 대개 '''확장 테크니컬러'''({{lang|en-GB|extended technicolour}}, ETC)를 도입한다. 확장 테크니컬러에서는 테크니컬러의 게이지 군 <math>G_\text{TC}</math>을 확장하여 <math>G_\text{ETC}\supset G_\text{TC}</math>로서 테크니페르미온과 일반 페르미온(쿼크, 렙톤)을 서로 상호작용하게 한다. (대개 테크니컬러에 [[세대 (물리학)|세대]]를 포함시켜 <math>G_\text{ETC}=\mathrm{SU}(N_\text{TC}+3)</math>로 잡는다.) 이렇게 되면 확장 테크니컬러가 깨지는 낮은 에너지에서는 페르미온-테크니페르미온-페르미온-테크니페르미온 유효 상호작용이 생긴다. 이 상호작용에 의하여 테크니컬러 응집을 통해 페르미온은 질량을 가지게 된다.

페르미온 질량을 <math>m</math>, 확장 테크니컬러의 결합 상수를 <math>g_\text{ETC}</math>, 확장 테크니컬러 에너지 눈금을 <math>M_\text{ETC}</math>, 테크니컬러 응집을 <math>\langle\bar TT\rangle=4\pi F^3</math>으로 쓰면,
:<math>m=(g_\text{ETC}/M_\text{ETC})^2 \langle\bar TT\rangle</math>
이 된다. 즉 확장 테크니컬러 에너지 눈금이 더 높을수록 생성되는 페르미온 질량은 더 작다. 따라서 [[꼭대기 쿼크]]와 같은 무거운 쿼크의 질량을 설명하려면 확장 테크니컬러는 비교적 낮은 에너지에서 깨져야 하는데, 이렇게 되면 낮은 에너지에서의 현상에 영향을 주게 돼 전약력 정밀 검사 실험({{lang|en|electroweak precision test}})에 어긋나게 된다.

이 문제를 해결하는 현재 가장 유망한 제안은 '''걷는 테크니컬러'''({{lang|en-GB|walking technicolour}})인데, 확장 테크니컬러에서는 질량 연산자의 변칙적 차원 (anomalous dimension)이 (색역학과 달리) 커서 확장 테크니컬러 에너지 눈금에서는 작았던 페르미온 질량이 테크니컬러 응집이 일어나는 테크니컬러 에너지 눈금에서는 더 커져서 무거운 쿼크의 질량을 보다 쉽게 설명할 수 있다. 그러나 이렇게 해도 가장 무거운 쿼크인 꼭대기 쿼크의 질량은 설명하기 힘들다.

== 실험 ==
아직까지 테크니컬러는 실험적으로 증명되지 않았다. 여러 [[전약력]] 정밀 실험 결과는 가능한 테크니컬러 모형의 변수 범위를 매우 조인다. [[거대 하드론 충돌기]]에서 테크니컬러가 옳은지 확인할 것이다. 테크니컬러는 [[힉스 보손]]에 대한 대안인데, 2012년에 [[힉스 보손]]처럼 보이는 입자가 발견됨에 따라 테크니컬러가 자연계에 실재할 확률이 더 낮아졌다.

{{전거 통제}}
{{기본 입자}}
{{소립자 물리학의 표준 모형}}

[[분류:양자장론]]
[[분류:입자물리학]]
[[분류:표준 모형 이후의 물리학]]