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, 펜타쿼크]라고 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