CERN, 새로운 테트라 쿼크(Tetra Quarks) 발견

문광주 기자 / 기사승인 : 2020-07-02 21:59:33
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입자 가속기로 같은 유형의 4개의 쿼크 가진 첫 입자.

물리학자, 새로운 테트라 쿼크 발견
입자 가속기는 같은 유형의 4개의 쿼크에서 처음으로 입자를 감지


입자 집합소의 성장 :
CERN 연구소의 물리학자들이 새롭고 신비스러운 원소 입자를 발견했다.
이것은 2개의 참-쿼크(Charm-Quarks)와 2개의 안티-참-쿼크(Anti-Charm-Quarks)로 구성된다. 오직 한 종류의 쿼크로 구성된 최초의 테트라 쿼크이다.
연구자들이 설명하듯 이 비정상적인 조합은 강한 핵력의 작용 방법에 새로운 통찰력을 제공할 수 있다.

▲ 같은 유형의 4개의 쿼크로 구성된 이국적인 입자 : 새로 발견된 테트라 쿼크는

2 개의 참-쿼크와 2개의 안티-참-쿼크로 구성된다. © CERN


쿼크는 물질의 기본 구성 요소이다.
원자핵에서, 양성자와 중성자는 각각 3개의 쿼크로 구성되며, 짧은 수명으로 쿼크와 ​​안티 쿼크가 각각 한 쌍을 형성한다. 이 쿼크는 물리의 네 가지 기본 힘 중 하나인 강한 핵력에 의해 함께 유지된다. 그러나 최근 몇 년간 입자 가속기 실험에서 테트라 쿼크, 펜타 쿼크, 심지어 헥사 쿼크를 포함하여 두 개 이상의 쿼크가 있는 입자가 있는 것으로 나타났다.

이 이국적인 쿼크 그룹이 공통적으로 가지고 있는 것 중 하나는 항상 최소한 두 가지 다른 쿼크 유형으로 구성되어 있다.

네 개의 참-쿼크로된 첫 번째 입자

CERN의 물리학자들은 처음으로 한 가지 유형의 4개의 쿼크와 특히 희귀하고 무거운 참 쿼크로 구성된 테트라 쿼크를 발견했다.
LHCb 협력의 대변인인 지오바니 파살레바(Giovanni Passaleva)는 “4개의 쿼크 입자는 이미 신비롭지만, 지금 발견된 것은 같은 유형의 4개의 무거운 쿼크로 구성된 첫 번째 입자다”고 설명한다. 새로운 테트라 쿼크에는 두 개의 참-쿼크와 두 개의 안티-참-쿼크가 있다.

물리학자들은 세계에서 가장 강력한 입자 가속기인 LHC(Large Hadron Collider)의 첫 두 항에 대한 충돌 데이터에서 새로운 입자를 추적했다.
그것에서 양성자는 거의 빛의 속도와 13테라 전자볼트의 에너지로 충돌한다.
이것은 수명이 잛은 새로운 입자 유형을 생성하는데, 이는 보통 특정 질량의 과잉 붕괴 생성물에 의해서만 드러난다.

이국적인 분열 생산품의 초과

Passaleva와 그의 팀은 이제 LHC의 LHCb 검출기 데이터에서 그러한 초과분을 발견했다.
그것은 등록된 J/ψ-Mesons의 수에 ‘돌기’로 표시된다.
각각 입자는 하나의 참쿼크와 안티 참쿼크로 구성된다. 예상 곡선에서 이 편차의 중요성은 5 시그마 이상이다. 이 값으로부터, 우연의 일치가 그렇게 공식적으로 입자 물리학에서의 발견으로 간주될 가능성은 낮다.

▲ 입자 물리학의 표준 모델에는 6가지 종류의 쿼크와 각각의 반입자가 있다.


그러나 이 과잉의 meson을 만든 것은 무엇일까?
물리학자들이 설명하듯이, 붕괴 생성물의 질량은 테트라 쿼크가 충돌 동안 2개의 참-쿼크와 2 개의 안티-참-쿼크로 짧게 형성되었음을 시사한다. 이 무거운 쿼크 중 4개에서 이러한 입자의 존재는 이전에 모델에서 예측되었지만 입증된 적이 없다.
물리학자들은 “이 테트라 쿼크는 매우 특이한 조합의 첫 번째 관찰을 대표한다”고 말한다.

그러나 4개의 쿼크가 어떻게 똑같이 강하거나 약하게 결합된 두 쌍이든 이 테트라 쿼크에 묶여 있는지는 여전히 의문이다.

강력한 핵력에 대한 통찰력

새로운 ‘X(6900)’로 명명된 테트라 쿼크는 4개의 쿼크 입자의 이국적인 제품군에 추가된 것이 아니다. 특별한 구성으로 인해 강력한 원자력의 작동 방식에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수도 있다. 파살레바와 그의 동료들은 “이 새로운 입자의 성질을 밝히면 많은 이론적 모델을 좁힐 수 있다”설명한다.

그 이유는 이 쿼크에서는 모든 쿼크가 똑같이 무겁기 때문에, 강한 핵력의 운반체 입자인 글루온과의 상호 작용이 더 잘 구별될 수 있다. LHCb 협력의 Chris Parkes는 “이러한 이국적인 입자는 하드론 입자의 극단적이지만 단순한 대표자이다”고 말헸다.

(arXiv : 2006.16957)
출처 : CERN

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