쿼크 Quark up down charm strange top and bottom colour charge

쿼크 Quark up down charm strange top and bottom colour charge

페리미온 계열에 속하는 중입자로서, 물질의 기본을 이루는 소립자이다. 양성자나 중성자를 구성하는 소립자로서 ‘강력(强力, strong force)’에 의해 지배를 받는 입자이다. 쿼크의 종류로는 up, down, strange, charm, top, bottom 6가지가 존재한다. 그 중 up과 down만이 물질의 구성에 관여하며, 나머지 쿼크는 우주에서 쓰이지 않고 있다. 모든 입자가 분수 스핀 값을 가진다.

과거에는 원자핵이 물질의 최소 단위로 여겨져 왔으나, 현대 물리학에서는 원자핵 역시 기본 소립자가 아니며, 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어진 복합체로 보고 있다. 또한 양성자와 중성자 역시 “쿼크”라는 기본 소립자로 구성되어 있다. 즉, 원자핵을 이루는 기본 단위인 “쿼크”와 원자핵의 외각을 돌고 있는 “전자”나 무거운 전자인 “뮤온 전자”와 같은 “렙톤(Lepton)”으로 물질의 구성요소인 원자를 이루고 있다. 쿼크는 기본 전하의 －⅓ 또는 +⅔의 전하를 갖는다.

기본 전하의 정수배가 아닌 전하를 가진 입자는 쿼크가 유일하다. 전하량 외에도 쿼크는 색전하(色電荷, colour charge)란 물리량을 갖는데, 이 양은 ‘빨강’, ‘초록’ 혹은 ‘파랑’으로 나타낸다. 이 물리량에 대한 보존법칙은 합쳐진 입자는 언제나 ‘무색’이어야 한다고 말한다. 반쿼크는 ‘반빨강’, ‘반초록’, ‘반파랑’의 색전하를 갖는다.

1964년 Murray Gell-Mann과 George Zweig는 당시 알려진 몇 백 개의 입자들이 단지 3개의 입자들만의 결합으로써 설명되어질 수 있다고 하면서, Gell-Mann은 소설 “Finnegan’s Wake”에서 James Joyce이 사용한 “이치에 맞지 않는” 뜻의 “kworks”를 발음되는 단어인 “quarks”로 이들 3개의 입자에 대한 이름으로 사용하였다.

당시 쿼크들은 발견된 적이 없었기 때문에 수학적인 가상으로만 여겨졌다. 실험에 의해 쿼크가 존재하며, 3개가 아닌 6개가 있다는 사실이 나중에 밝혀졌다. 쿼크에는 6가지의 “맛(Flavour)”, 즉 종류가 있다. 가장 가벼운 쿼크 2개는 “위(up)”와 “아래(down)”로 불린다.

세 번째 쿼크는 기묘(strange)라고 불린다. 그 “strange”라는 이름은 K입자의 “이상하리 만큼” 긴 수명에서 비롯된 것이다. 네 번째 쿼크는 “매혹(charm)” 쿼크인데, 그 이름은 종잡을 수 없다는데서 비롯된 것으로서, 1974년 Stanford Linear Accelerator Center(SLAC)와 Brookhaven National Laboratory에서 동시에 발견되었다.

다섯 번째와 여섯 번째 쿼크는 과거에 truth와 beauty로 불렸지만, 1977년 Fermi National Lab(FermiLab)에서 Upsilon(Y)이라고 불리는 합성입자 내에 있는 “바닥(bottom)” 쿼크가 발견되었다. “꼭대기(top)” 쿼크는 오랫동안 예측되어 오다가 FermiLab에서 1995년에 마지막으로 발견하였다. 꼭대기 쿼크는 가장 질량이 큰 쿼크이다.

[네이버 지식백과] Quark - 쿼크 (지형 공간정보체계 용어사전, 2016. 1. 3., 이강원, 손호웅)