중간자

중간자(meson)란, 하나의 쿼크와 하나의 반쿼크로부터 구성되는 아원자 입자이다.소립자 물리학의 표준 모형으로는, 중성자의 일종이다.별칭으로서 메종 또는 중간자가, 구칭으로서 메소트론, 메조트론 또는 유카와 입자가 있다.

개요

중간자는, 반대의 색짐을 가진 쿼크와 반쿼크로부터 구성되어 중입자수가 0이다.안정된 것은 없고, 반감기는 나노초단위이다.가장 가벼운 중간자(파이 중간자)는, 대략 140 MeV( 약 2.5×10－²⁸ kg, 전자의 약 270배)의 질량을 가지고 있다. 무엇보다 에너지의 낮은 중간자는 의스칼라 입자(스핀 0)이다. 여기서 쿼크와 반쿼크는 반대 방향의 스핀을 가진다. 벡터 입자(스핀 1)의 중간자의 경우는 쿼크와 반쿼크는 같은 방향의 스핀을 가지고 있다. 대부분의 중간자의 질량은, 구성요소의 쿼크의 질량으로부터가 아니고, 속박 에너지로부터 생기고 있다. 모든 중간자는 안정은 아니다(요코와 같이 긴 수명을 가지지 않는다).

중간자는 원래 요코와 중성자를 원자핵중에서 통솔하고 있는 힘을 전달하고 있을 것으로 예상되고 있었다.뮤 입자가 최초로 발견되었을 때, 질량이 가까운 것으로부터 중간자라고 생각할 수 있어 「뮤 중간자」라고 이름이 붙여졌다.그러나, 핵자를 강하게 끌어당기는 힘이 없는 것으로부터, 실은 렙톤이었다고 판명되었다.후에, 정말로 힘을 전달하는 파이 중간자(뮤 입자에 붕괴한다)가 발견되었다.

2003년 11월 14일, 고에너지 가속기 연구 기구의 가속기 「B팩토리」에서 쿼크 4개로부터 생긴 신중간자 「X(3872)」가 발견되었다.이 입자는 그 질량등에서 ${\displaystyle \mathrm {D} }$ 중간자 ${\displaystyle \mathrm {D^{0}} }$ (와)과${\displaystyle \mathrm {\bar {D^{0}}} }$ 의 편성으로 되어 있다고 보여지고 있다.그렇지만, 이것은 쿼크 2개와 반쿼크 2개로부터 되는 하나의 중성자가 아니고, 두 개의 중간자로부터 되는 분자 상태라고 생각되고 있다.같은 비행기구는 2007년 11월 9일에, 쿼크 4개로부터 생긴 신중간자 「Z(4430)」를 발견했다고 발표하고 있다.

중간자는, 유카와히데키에 의해서 이론적으로 예언되어 이것이 그 노벨 물리학상의 수상 이유가 되었다.

중간자의 일람

자세한 것은 「중간자의 일람」을 참조

일부의 중간자에 대한 일람을 이하에 나타낸다.

명칭	기호	반입자	구성	정지 질량 (MeV)	양자수			평균수명 (초)
					S	C	B
π중간자	π+	π-	${\displaystyle \mathrm {u{\bar {d}}} }$	139.57018±0.00035	0	0	0	(2.6033±0.0005)×10-8
	π0	자기 자신	${\displaystyle \mathrm {\frac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$	134.9766±0.0006	0	0	0	(8.4±0.6)×10-17
K중간자	K+	K-	${\displaystyle \mathrm {u{\bar {s}}} }$	493.677±0.016	+1	0	0	(1.2384±0.0024)×10-8
	${\displaystyle \mathrm {K_{S}^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {K_{S}^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {\frac {(1+\epsilon ) d{\bar {s}}+(1-\epsilon ){\bar {d}}s}{\sqrt {2(1+|\epsilon |^{2})}}} }$	497.648±0.022	${\displaystyle \mathrm {K^{0}} }$ (으)로부터의 기여가 ${\displaystyle (1+\epsilon )\times }$ 50%로 ${\displaystyle \mathrm {{\bar {K}}^{0}} }$ (으)로부터의 기여가${\displaystyle (1-\epsilon )\times }$ 50%의 혼합 상태	0	0	(0.8953±0.0006)×10-10(CPT의 보존을 가정했을 경우) (0.8958±0.0006)×10-10(CPT의 보존을 가정하지 않는 경우)
	${\displaystyle \mathrm {K_{L}^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {K_{L}^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {\frac {(1+\epsilon ) d{\bar {s}}-(1-\epsilon ) s{\bar {d}}}{\sqrt {2(1+|\epsilon |^{2})}}} }$	497.648±0.022	${\displaystyle \mathrm {K^{0}} }$ (으)로부터의 기여가 ${\displaystyle (1+\epsilon )\times }$ 50%로 ${\displaystyle \mathrm {{\bar {K}}^{0}} }$ (으)로부터의 기여가${\displaystyle (1-\epsilon )\times }$ 50%의 혼합 상태	0	0	(5.18±0.04)×10-8
η중간자	η0	자기 자신	${\displaystyle \mathrm {\frac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}} }$	547.75±0.12	0	0	0	(5.10+0. 29-0. 26)×10-19
ρ중간자	ρ+	ρ-	${\displaystyle \mathrm {u{\bar {d}}} }$	775.8±0.5	0	0	0	(4.38±0.05)×10-24
	ρ0	자기 자신	${\displaystyle \mathrm {\frac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$
φ중간자	φ	자기 자신	${\displaystyle \mathrm {s{\bar {s}}} }$	1019.456±0.020	0	0	0	(1.55±0.02)×10-22
D중간자	D+	D-	${\displaystyle \mathrm {c{\bar {d}}} }$	1869.4±0.5	0	+1	0	(1040±7)×10-15
	D0	${\displaystyle \mathrm {\bar {D^{0}}} }$	${\displaystyle \mathrm {c{\bar {u}}} }$	1864.6±0.5	0	+1	0	(410.3±1.5)×10-15
	${\displaystyle \mathrm {D_{S}^{+}} }$	${\displaystyle \mathrm {D_{S}^{-}} }$	${\displaystyle \mathrm {c{\bar {s}}} }$	1968.3±0.5	+1	+1	0	(490±9)×10-15
J/ψ중간자	J/Ψ	자기 자신	${\displaystyle \mathrm {c{\bar {c}}} }$	3096.916±0.011	0	0	0	(7.23+0. 26-0. 25)×10-21
B중간자	B+	B-	${\displaystyle \mathrm {u{\bar {b}}} }$	5279.0±0.5	0	0	+1	(1.671±0.018)×10-12
	B0	${\displaystyle \mathrm {\bar {B^{0}}} }$	${\displaystyle \mathrm {d{\bar {b}}} }$	5279.4±0.5	0	0	+1	(1.536±0.014)×10-12
Υ중간자	Υ	자기 자신	${\displaystyle \mathrm {b{\bar {b}}} }$	9460.30±0.26	0	0	0	(1.24+0. 04-0. 03)×10-20

• 표중의 각 기호의 뜻
  • 중성자를 구성하는 쿼크에 대해
    • u: 업 쿼크
    • d: 다운 쿼크
    • s: 파업 레인지 쿼크
    • c: 매력 쿼크
    • b: 보텀 쿼크
    • t: 탑쿼크
    • 어퍼 바는 반입자를 나타낸다.
  • K중간자의 행에 있다${\displaystyle \epsilon }$ (은)는, CP의 파괴를 나타내는 파라미터-.

참고 문헌

• Review of Particle Physics, S.Eidelman, et al., Phys. Lett. B 592, 1 (2004).
• 소립자 물리학의 기초 II, 나가시마순 키요시, 아사쿠라 서점

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