중간자

중간자(中間子) 또는 메손(meson)은 하나의 쿼크와 하나의 반쿼크로 이루어진 하드론으로, 스핀이 0 또는 1인 보존(boson) 입자이다. 주된 예로 파이온과 케이온이 있다.

중간자

구성	쿼크와 반쿼크
통계	강입자
이론	유카와 히데키(1935)
발견	1947년
종류	140여 종
스핀	정수

양자색역학의 색가둠으로 인하여, 쿼크는 무색의 하드론으로만 존재할 수 있다. 따라서 가능한 조합은 $q{\bar {q}}$, $qqq$, $q{\bar {q}}q{\bar {q}}$, $qqqq{\bar {q}}$ 등이 있다 ($q$는 쿼크, ${\bar {q}}$는 반쿼크). 이 가운데 오늘날 발견된 것은 qqqq를 제외한 것들이다. 이를 각각 중간자와 중입자, 펜타쿼크라고 부른다.

역사

입자물리학 초기에는 오직 가벼운 (경입자) 전자와 무거운 (중입자) 핵자만이 알려졌다. 유카와 히데키가 1935년에 핵자 사이의 강한 상호작용을 설명하기 위하여 강력을 매개하는 입자를 도입하였다. 유카와는 강력의 거리 범위로부터 이 입자의 질량을 계산한 결과 그 질량이 전자와 핵자의 중간 정도라는 사실을 알아내고, 이 때문에 이 입자를 "중간자"라고 이름지었다.

이후 그가 예측한 질량을 가진 입자가 발견되었으나, 이 입자는 (유카와의 이론과 달리) 강한 상호작용을 하지 않았다. 이 입자는 "뮤 중간자" 또는 뮤온라고 이름지어졌다. 얼마 뒤 비슷한 질량의 입자가 하나 더 발견되었다. 이 입자는 유카와가 예측한 대로 강한 상호작용을 하는 것으로 밝혀졌다. 이 입자는 "파이 중간자" 또는 파이온이라고 이름지어졌다. (오늘날 뮤온은 중간자가 아니라 경입자로 여겨진다.)

오래지 않아, 파이온과 비슷한 성질을 지니고 더 무거운 수많은 입자가 발견되었다. 주요 입자로 케이온, 로 중간자, 에타 중간자, 쿼코늄 등이 있다. 오늘날 "중간자"라는 이름은 이들 입자를 통틀어 일컫는다.

쿼크 모형의 도입으로, 중간자가 하나의 쿼크와 하나의 반쿼크의 조합임이 알려졌다.

종류

중간자는 포함된 쿼크의 질량에 따라 다음과 같이 분류한다.

• 업과 다운: 파이
• 스트레인지 이하: 케이
• 참 이하: 디
• 보텀 이하: 비
• 톱 이하: 티
• 한 쿼크와 그 반쿼크: 에타