히그스 보손(Higgs boson)은 입자물리학의 표준모형이 제시하는 기본입자 가운데 하나이다. 히그스 보손은 현대 물리학이 우주를 설명하는데 있어 중요한 역할을 담당하고 있어, 존재 여부를 확인하는 것에 따라 지금의 물리학에서 설명하는 우주론 자체가 얼마나 실제와 같은 지를 가늠할 수 있는 기준이 된다.
1964년 피터 히그스는 입자에 질량이 부여되는 과정에 대한 가설인 히그스 메커니즘을 발표하면서 히그스 보손의 존재를 가정하였다.[주해 2] 피터 히그스는 1964년 피지컬 리뷰 레터스에 실린 대칭 깨짐 논문들에 히그스 장과 히그스 보손에 의해 일어나는 히그스 메커니즘 가설을 다루는 논문을 실었다.[1] 히그스의 가설은 바닥 상태일 때 0 이 아닌 값을 갖는 아직 발견되지 않은 양자가 히그스 장 안에서 자극을 받아, 쿼크나 전자와 같은 다른 기본입자에 질량을 부여한다는 이론이다.[2] 표준모형에서는 히그스 보손을 스핀이나 전하가 없고 색전하도 없으며, 히그스 장에서 다른 페르미온 입자와 약한 상호작용이나 유카와 상호작용만을 이룬다.
히그스 보손은 표준모형을 수립하면서 널리 인정되었고, 실험을 통해 발견되지 않은 상태에서도 입자물리학 핵심 이론의 기반이 되었다.[3] 그러나, 힉스 보손이 존재하지 않는다고 가정하여도 표준모형이 완전히 붕괴되는 것은 아니다. 히그스를 제외한 모형도 연구되고 있다.
히그스 보손은 다른 입자에 비해 질량이 매우 크고 짧은 시간에 붕괴되기 때문에 대형 입자가속기에서만 관찰이 가능하다. 2012년 7월 4일, 유럽입자물리연구소의 대형 강입자 충돌기의 ATLAS와 CMS로 실시된 연구로 발견된 새 입자가 히그스 입자로 강하게 추측된다.[4]
히그스 보손의 정확한 종류와 수는 모형에 따라 다르다. 가장 간단한 경우인 표준 모형에서는 단 하나의 히그스만이 존재하고, 이는 중성 스칼라다. 최소 초대칭 표준 모형(MSSM)과 같은, 두 종의 히그스 이중항이 있는 경우, 5개의 히그스가 있다. 이 가운데 2종은 중성 스칼라 (H0, h0), 1종은 중성 유사스칼라 (A0), 2종은 전하를 띤 스칼라(H±)다.
2011년 3월 현재, 95% 또는 90% 신뢰도 구간에서 히그스 보손의 예상 질량 범위. 색칠 되지 않은 부분이 예상 범위이다.
히그스 보손은 2008년부터 가동하고 있는 대형 강입자 충돌기에서 발견되리라고 기대하고 있는데, 이 가속기에서는 양성자 충돌에 의하여 히그스 보손 외에도 다른 여러 알려지지 않은 입자들이나 새로운 물리적 사실도 발견될 것으로 예상한다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 2011년 12월 13일(현지시간) 대형강입자충돌기(LHC)에서 양성자 충돌실험을 반복한 결과 히그스 입자(Higgs boson)로 추정되는 흔적을 발견했으며, 2012년 7월 4일 오전 3시(현지시간)에 4.9σ의 신뢰도로 히그스 입자가 발견되었다고 발표하였다.
1964년 피터 히그스는 입자에 질량이 부여되는 과정에 대한 가설인 히그스 메커니즘을 발표하면서 히그스 보손의 존재를 가정하였다.[주해 2] 피터 히그스는 1964년 피지컬 리뷰 레터스에 실린 대칭 깨짐 논문들에 히그스 장과 히그스 보손에 의해 일어나는 히그스 메커니즘 가설을 다루는 논문을 실었다.[1] 히그스의 가설은 바닥 상태일 때 0 이 아닌 값을 갖는 아직 발견되지 않은 양자가 히그스 장 안에서 자극을 받아, 쿼크나 전자와 같은 다른 기본입자에 질량을 부여한다는 이론이다.[2] 표준모형에서는 히그스 보손을 스핀이나 전하가 없고 색전하도 없으며, 히그스 장에서 다른 페르미온 입자와 약한 상호작용이나 유카와 상호작용만을 이룬다.
히그스 보손은 표준모형을 수립하면서 널리 인정되었고, 실험을 통해 발견되지 않은 상태에서도 입자물리학 핵심 이론의 기반이 되었다.[3] 그러나, 힉스 보손이 존재하지 않는다고 가정하여도 표준모형이 완전히 붕괴되는 것은 아니다. 히그스를 제외한 모형도 연구되고 있다.
히그스 보손은 다른 입자에 비해 질량이 매우 크고 짧은 시간에 붕괴되기 때문에 대형 입자가속기에서만 관찰이 가능하다. 2012년 7월 4일, 유럽입자물리연구소의 대형 강입자 충돌기의 ATLAS와 CMS로 실시된 연구로 발견된 새 입자가 히그스 입자로 강하게 추측된다.[4]
목차 |
이론
이 부분의 본문은 히그스 메커니즘입니다.
히그스 보손의 정확한 종류와 수는 모형에 따라 다르다. 가장 간단한 경우인 표준 모형에서는 단 하나의 히그스만이 존재하고, 이는 중성 스칼라다. 최소 초대칭 표준 모형(MSSM)과 같은, 두 종의 히그스 이중항이 있는 경우, 5개의 히그스가 있다. 이 가운데 2종은 중성 스칼라 (H0, h0), 1종은 중성 유사스칼라 (A0), 2종은 전하를 띤 스칼라(H±)다.
실험
바깥고리
주해
- ↑ 유럽입자물리연구소의 발표
- ↑ 양성자, 중성자과 같은 결합된 입자들의 질량에서 단지 1%만이 히그스 메커니즘에 의한 것이다. 다른 99%는 강한 상호작용에 의해 바리온 안에서 일어나는 기본 입자들의 운동 에너지에 의해 발생한다. 그러나, 히그 메커니즘이 없다면 쿼크에 질량이 없다는 것이 되어 쿼크가 실제 보이는 운동 형태와 맞지 않게 된다. 질량이 없는 입자는 빛의 속도 c 로 움직이고 에너지와 운동량은 E = pc 에 의한다. 이 때, p 모멘텀의 크기이다. 반면, 질량이 있는 입자는 다음과 같은 방정식에 따라 에너지를 갖는다.
m은 질량이다.
주석
- ↑ P.W. Higgs (1964). "Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons". Physical Review Letters 13 (16): 508–509. Bibcode 1964PhRvL..13..508H. DOI:10.1103/PhysRevLett.13.508.
- ↑ Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble mechanism
- ↑ Griffiths, David (2008). "12.1 The Higgs Boson". Introduction to Elementary Particles (Second, Revised ed.). Wiley-VCH. p. 403. ISBN 978-3-527-40601-2. "The Higgs particle is the only element in the Standard Model for which there is as yet no compelling experimental evidence."
- ↑ [1]
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