{{위키데이터 속성 추적}}
{{출처 필요|날짜=2013-1-14}}
{{두 다른 뜻|‘잔류 강한 핵력’이라 불리는 힘|강한 핵력|강한 상호작용|약한 핵력|약한 상호작용}}

[[파일:pn_scatter_pi0.png|섬네일|300px|중성 [[파이온]]에 의해 매개되는 강한 [[양성자]]-[[중성자]] 상호작용을 나타내는 [[파인만 도표]]. 시간은 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다.]]

[[파일:pn_scatter_quarks.png|섬네일|300px|개별적인 [[쿼크]] 입자들로 그린 같은 도표. 여기서는 근원적인 [[강한 상호작용]]이 어떻게 '''핵력'''을 만들어내는지 알 수 있다. 직선은 [[쿼크]]를 나타내고 색색의 고리는 [[글루온]]을 나타낸다. [[양성자]], [[중성자]], [[파이온]]에 결합되어 있는 [[글루온]]들은 표시되지 않았다.]]

'''핵력'''('''핵자-핵자 상호작용''' 혹은 '''잔류 강한 핵력'''이라고도 부름)은 두 개 이상의 [[핵자]]들 사이에 작용하는 [[힘 (물리)|힘]]으로, [[양성자]]와 [[중성자]]가 결합하여 [[원자핵]]을 형성하는 근원이다. 넓은 범위에서, 이 힘은 가상 [[중간자]]들(예를 들어 [[파이온]])의 교환으로 이해할 수 있다. 핵력은 종종 '''잔류'''(residual) '''강한 핵력'''이라고 불리는데, 이는 [[양자색역학]](QCD)에 의해 그 실체가 밝혀진 [[강한 상호작용]]과 구분하기 위해서다. 사실 핵력이라는 용어는 QCD가 발전하던 1970년대에 만들어졌다. 그 시기에 강한 핵력은 [[핵자]]들 간의 [[퍼텐셜]]을 의미했는데, [[쿼크 모형]]이 확고히 자리를 잡은 이후 QCD로부터 나온 [[강한 상호작용]]이라는 용어가 널리 사용되었으므로 둘의 의미를 구분해줄 필요성이 있다.

[[핵자]]들은 [[색 전하]]를 띠지 않기 때문에, 핵력은 [[양자색역학]]의 힘 전달자 [[글루온]]을 "직접적으로" 포함하지는 않는다. 하지만 정전기적으로 중성인 [[원자]]들의 경우에 정전기적 [[편극]]에 의한 2차 효과들에 의해 서로 잡아당길 수 있으므로 ([[반데르발스 힘]]) 이와 비슷한 상황인 "무색"을 띤 [[핵자]]들도 일종의 [[편극]] 효과를 통해 서로에게 영향을 줄 수 있다. 이때 이 [[편극]] 현상은 [[글루온]]이 개입되어 있는 현상이며, 힘을 전달하는 가상 [[중간자]]와 [[핵자]]들을 묶어주는 가상 [[글루온]]까지 도입해야 설명할 수 있다. [[반데르발스 힘]]과 비슷한 이 성질 때문에 "잔류 강한 핵력"의 "잔류"라는 용어가 생겼다. 기본적인 개념은 다음과 같다. [[원자]]들이 "중성"이듯이 [[핵자]]들이 "무색"이라면, 두 경우 모두 가까이 있는 입자들 사이에서 작용하는 [[편극]] 효과는 "잔류" 전하 효과를 불러온다. 이 "잔류" 전하 효과에서는 (입자들 내부에서 작용하는 기본적인 힘들보다 훨씬 약하고 간접적이지만) 전하가 없는 입자들끼리 전하를 매개로 주고 받는 인력이 나타나게 된다.

== 역사 ==

핵력은 [[1932년]] [[제임스 채드윅|채드윅]]에 의해 [[중성자]]가 발견되면서 탄생되었고, 그 때로부터 지금까지 [[핵물리학]]의 중심 개념 중 하나이다. [[핵물리학]]의 전통적인 목표는 순수한 핵자들 간의 상호작용, 즉 '''핵자-핵자 힘'''(''NN'' 힘)을 통해 [[원자핵]]의 성질을 이해하는 것이다.

[[1935년]], [[유카와 히데키]]는 최초로 핵력의 본질에 관한 이론을 내놓았다. 그 이론에 따르면 무거운 [[보손]]들(즉 [[중간자]])이 두 [[핵자]]들 사이의 [[상호작용]]을 매개한다. 30여 년 후 [[양자색역학]]이 자리를 잡으면서 [[중간자 이론]]이 기본 이론이 아님이 밝혀졌지만, 그래도 중간자가 교환된다는 개념은 정량적인 ''NN'' 퍼텐셜에서 가장 잘 맞는 모형이다.

역사적으로 핵력을 현상론적으로 기술하는 작업은 무척 방대한 작업이었고, 그 결과 [[반경험적]]으로 정량화된 모형이 처음 등장한 것은 [[1950년대]] 중반이었다. 이후 핵력과 관련된 다양한 실험과 이론이 활발하게 제기되었고 본질적인 의문점들은 대부분 [[1960년대]]와 [[1970년대]]에 해결되었다. 최근에는 핵력의 부차적인 성질들에 대한 연구가 활발한데, 예를 들어 전하에 대한 종속성이나 ''NN'' 결합상수의 정확한 값, 위상천이분석(phase shift analysis)의 개선, 정밀한 ''NN'' 데이터, 정밀한 ''NN'' 퍼텐셜, 고에너지 상의 ''NN'' 산란, [[양자색역학]]으로부터 핵력을 유도하는 방법 등이 있다.

== 핵력의 성질 ==

* 핵력은 오직 [[하드론]] 사이에서만 작용한다.
* [[핵자]]들 사이의 거리가 짧아질수록 반발력은 급격히 커지며, 이로 인해 [[핵자]]들 사이의 거리는 일정하게 유지된다.
* 1.3 [[펨토]][[미터]] 이상의 거리에서 힘은 지수적으로 감소하여 거의 무시할 수 있다.
* 짧은 거리에서 핵력은 [[전자기력]]보다 강하다. 따라서 핵력은 [[원자핵]] 속의 [[양성자]]들의 쿨롱 반발력을 이기고 [[양성자]]들을 붙잡아둘 수 있는 것이다. 그러나 [[양성자]] 사이의 [[전자기력]]은 무한한 거리까지 적용되므로 둘 사이의 간격이 2.5 [[펨토]][[미터]] 이상 떨어지면 거의 [[전자기력]]만 작용하게 된다.
* ''NN'' 힘은 [[핵자]]가 [[양성자]]든 [[중성자]]든 거의 비슷하다. 이 성질을 '''전하 독립성'''이라고 부른다.
* ''NN'' 힘은 [[핵자]]들의 [[스핀 (물리학)|스핀]]이 평행한지 반평행한지에 따라 달라진다.
* ''NN'' 힘은 [[텐서]] 성분을 가지고 있어, [[중심력]] 하에서는 항상 보존되는 [[각운동량]]이 보존되지 않는다.

== 핵자-핵자 퍼텐셜 ==

[[중수소]]와 같이 두 개의 [[핵자]]로 구성된 [[계 (물리학)|계]]는 ''NN'' 힘 연구에서 이상적인 [[계 (물리학)|계]]이다. 이런 [[계 (물리학)|계]]는 [[퍼텐셜]](예를 들어 [[유카와 퍼텐셜]])을 가정하고 그 [[퍼텐셜]]을 [[슈뢰딩거 방정식]]에 넣어 풀면 설명할 수 있다. [[퍼텐셜]]의 형태는 [[중간자]] 교환 이론의 도움을 받아 실험적으로 결정한다. [[중수소]] 결합 에너지나 ''NN'' [[탄성 산란]] [[단면적]] 실험값을 그래프로 그려 [[퍼텐셜]]의 [[매개변수]]들을 결정하는 것이다.

가장 많이 사용되는 ''NN'' [[퍼텐셜]]로는 파리(Paris) 퍼텐셜, 아르곤(Argonne) AV18 퍼텐셜, CD-본(Bonn) 퍼텐셜, 니메겐(Nijmegen) 퍼텐셜 등이 있다.

좀 더 최근에 개발된 접근법으로는 [[핵자]]-[[핵자]]간 힘 혹은 세 개의 [[핵자]]간 힘을 모순 없이 묘사할 수 있는 [[유효 장 이론]]을 만드는 것이다. 구체적으로, 카이랄 대칭성 붕괴(chiral symmetry breaking)는 [[유효 장 이론]]으로 분석하여 [[핵자]]들이 [[파이온]]을 교환 입자로 사용하여 상호작용하는 과정에 [[섭동론]]을 적용할 수 있다. 이를 키랄 섭동론(chiral perturbation theory)이라 부른다.

=== 핵자에서 원자핵으로 ===

[[핵물리학]]의 최종 목표는 [[원자핵]] 내부의 모든 상호작용을 [[핵자]]들간의 기본 상호작용으로부터 유도해내는 것이다. 이를 가리켜 [[핵물리학]]의 "미시적" 혹은 "순이론적(''ab initio'')" 접근법이라 한다. 이 목표를 달성하기 위해서, 현재 두 개의 난점이 있다.

* [[다체문제]]는 계산하기 힘들고, 설령 한다 해도 고급 계산기법이 요구된다.
* [[원자핵]] 내에서 세 개(혹은 더 많은 수)의 [[핵자]]간 힘이 중요한 역할을 한다는 사실이 알려져있다. 이걸 고려하기 위해서는 세 개의 [[핵자]]를 묘사할 수 있는 [[퍼텐셜]]이 [[원자핵]] 모형 안에 포함되어야 한다.

이 분야는 계산기법의 발전으로 인해 활발히 연구되고 있다. [[원자핵 껍질 모형]]의 기본 성질들에 대한 계산 결과가 날로 향상되고 있으며, 두세 [[핵자]]에 대한 [[퍼텐셜]]은 [[탄소]]([[원자량]] 12)의 핵까지 개발되었다.

=== 원자핵의 성질 ===

[[원자핵]] 내의 상호작용을 설명하는 가장 효과적인 방법은 각 [[핵자]]를 일일이 모아서 계산하는 것보다 전체 [[원자핵]]을 묘사하는 하나의 [[퍼텐셜]]을 만드는 것이다. 이는 "거시적" 접근법이다. 예를 들어 [[원자핵]]과 [[중성자]] 간의 산란은 [[원자핵]]의 퍼텐셜에 [[평면파]]가 와서 부딪히는 것으로 생각할 수 있다. 이 모형은 마치 [[빛]]이 투명한 구에 부딪혀 [[산란]]되는 것과 비슷하다 해서 '''광학 모형'''이라 불린다.

[[원자핵]]의 [[퍼텐셜]]은 국소적(local)일 수도 있고 전체적(global)일 수도 있다. 국소적 [[퍼텐셜]]들은 좁은 영역의 [[에너지]]와 좁은 영역의 [[원자핵]] 질량에 대해서만 사용할 수 있는 반면, 좀 더 많은 [[매개변수]]를 갖고 있는 전체적 [[퍼텐셜]]들은 좀 더 부정확할 수는 있어도 [[에너지]]와 [[원자핵]] 질량이 변하는 것에 따라 [[퍼텐셜]]이 어떻게 변하는지를 묘사할 수 있고, 따라서 응용 가능성이 더 넓다고 볼 수 있다.

== 같이 보기 ==
* [[유카와 퍼텐셜]]
* [[핵반응]]

[[분류:힘]]
[[분류:핵물리학]]
[[분류:입자물리학]]
[[분류:양자색역학]]