분류
1. 개요
2. 내용
상대성 이론에 의하면, 질량과 에너지는 서로 변환될 수 있다.[2] 그런데 이때, 입자와 반입자는 항상 쌍으로 생성되고 쌍으로 소멸한다. 그리고 우주 초기에는 에너지만 있었기 때문에 현재 우주에는 입자와 반입자가 같은 양만큼 있어야 한다. 그래서 이 우주 어딘가에 반입자가 존재할 거라고 믿는 과학자도 있다.
슈뢰딩거 방정식의 해밀턴 연산자는 복소수 형태인데, Hψ와 같은 곱셈 형태이다. 입자의 파동함수와 반입자의 파동함수는 켤례 복소수[3] 관계이므로 H가 실수이면 입자와 반입자의 법칙이 동일하다.(CP대칭) 즉, H가 허수 부분을 포함한다면 CP대칭성이 파괴되는 것이다.[4][5]
슈뢰딩거 방정식의 해밀턴 연산자는 복소수 형태인데, Hψ와 같은 곱셈 형태이다. 입자의 파동함수와 반입자의 파동함수는 켤례 복소수[3] 관계이므로 H가 실수이면 입자와 반입자의 법칙이 동일하다.(CP대칭) 즉, H가 허수 부분을 포함한다면 CP대칭성이 파괴되는 것이다.[4][5]
2.1. 기본입자 표준 모형
3. 역사
사실 매우 엄밀한 측정을 하면 CP대칭이 파괴되는 현상은 1964년에 발견되었지만, 약력에 대한 이론이 규명되지 않아 이 현상을 설명할 방법이 없었다. 그러나 이후 전약통일이론이 확립되었고, 32세였던 고바야시와 28세였던 마스카와는 이 이론을 통해 CP대칭성의 파괴 문제를 다루었다.
이 두 과학자는 쿼크가 6종일 때부터 CP대칭이 파괴된다는 것을 증명하고, 이후 쿼크가 더 발견되어 쿼크 6종설은 증명되었다.[6] 그러나 이것만으로 CP대칭의 파괴를 설명하기에는 불충분했다. 그래서 그들은 이바라키현 츠쿠바 시에 있는 KEKB[7][8]를 활용하였다. 그들은 Belle 실험에서 B중간자와 반B중간자[9]의 붕괴 모습이 약간 다른 것을 관찰하였는데, 그 차이는 그들이 논문에서 예상한 그대로였다. 그들은 이 공로로 2008년 10월 7일 노벨 물리학상을 수상하였다.세상에 노벨상 타는 것도 쉬운 일이 아니다.
이 두 과학자는 쿼크가 6종일 때부터 CP대칭이 파괴된다는 것을 증명하고, 이후 쿼크가 더 발견되어 쿼크 6종설은 증명되었다.[6] 그러나 이것만으로 CP대칭의 파괴를 설명하기에는 불충분했다. 그래서 그들은 이바라키현 츠쿠바 시에 있는 KEKB[7][8]를 활용하였다. 그들은 Belle 실험에서 B중간자와 반B중간자[9]의 붕괴 모습이 약간 다른 것을 관찰하였는데, 그 차이는 그들이 논문에서 예상한 그대로였다. 그들은 이 공로로 2008년 10월 7일 노벨 물리학상을 수상하였다.
[1] 사실 난부 요이치로는 자발적 대칭성의 파괴라는 기제를 발견하여 이들과는 별도로 노벨상을 탔다.[2] E=mc2, 즉 질량-에너지 등가 원리이다. 이 원리에 의하면 엔탈피는 질량에 비례한다.[3] 허수부분의 부호만 반대인 복소수[4] C변환은 전하(charge)를 반대로 하는 것이고, P변환은 거울상으로 뒤집는 것(parity)이다. 이 두 변환을 같이 하는 것을 CP변환이라고 부르고, 이때 법칙이 똑같으면 CP대칭이다. 그리고 4대 기본 힘은 모두 CP대칭이다.약력의 경우 C대칭도 P대칭도 아니지만 CP대칭이 되는 것에 반해, 나머지 세 힘은 C대칭이자 P대칭이다.[5] 실제 H와 CP대칭성과의 관계는 그렇게 단순하지는 않다. 곱셈 형태이므로 H가 허수라도 H의 허수 부분을 ψ 쪽으로 밀어붙이면 H는 실질적으로 실수가 되어 버리기 때문이다. 이 두 사람이 보여준 것은 쿼크가 6종 이상일 때 H의 허수 부분을 ψ 쪽으로 완전히 밀어붙일 수 없다는 것이었다.[6] 당시에 알려져 있던 쿼크는 u, d, s의 세 가지뿐이었다.[7] 고에너지 가속기 연구 기구. KEK는 고에너지 가속기의 일본어 이니셜이고, B는 이 가속기에서 만들어지는 B중간자를 의미한다.[8] 이 기구는 현재 SuperKEKB로 개량되었다.[9] B중간자의 반입자