초전하

입자물리학에서 입자의 초전하(하이퍼론과 전하의 혼성어) 는 강한 상호작용에서 보존되는 양자수이다. 초전하의 개념은 아이소스핀, 전하, 맛깔의 특성을 설명하는 단일 전하 연산자를 제공한다. 초전하는 강입자를 분류하는 데 유용하다. 유사한 이름의 약한 초전하는 전기·약 작용에서 유사한 역할을 한다.

 정의 
초전하는 SU(3) 강입자 모형의 두 양자수 중 하나이며, 아이소스핀 과 함께 사용된다. 아이소스핀만으로는 두 쿼크 맛깔(즉, 와 )에 충분했지만, 현재는 6개의 쿼크 맛깔이 알려져 있다.

SU(3) 무게 도표 (아래 참조)는 2차원이며, 좌표는 두 양자수를 나타낸다. 아이소스핀의  성분인  (로도 알려져 있음)과 초전하  ( 기묘도 , 맵시 , 바닥도 , 꼭대기도 , 그리고 중입자수 로 정의됨). 수학적으로 초전하는 다음과 같다.

강한 상호작용은 초전하(및 약한 초전하)를 보존하지만, 약한 상호작용은 보존하지 않는다.

 전하 및 아이소스핀과의 관계 

겔만-니시지마 공식은 아이소스핀과 전하를 관련시킨다.

여기서 I3는 아이소스핀의 세 번째 성분이고 Q는 입자의 전하이다.

아이소스핀은 평균 전하가 초전하와 다음과 같이 관련되는 입자들의 다중항을 생성한다.

이는 다중항의 모든 구성원에 대해 초전하가 동일하고 I3 값의 평균이 0이기 때문이다.

이러한 정의는 원래 형태에서 가장 가벼운 세 쿼크에만 적용된다.

 초전하와 관련된 SU(3) 모형 
SU(2) 모형은 총 각운동량인 양자수 J로 특징지어지는 다중항을 가지고 있다. 각 다중항은 등간격의 Jz 값을 가지는 개의 하위 상태로 구성되며, 원자 스펙트럼과 아이소스핀에서 볼 수 있는 대칭 배열을 형성한다. 이는 특정 강한 중입자 붕괴가 관찰되지 않았다는 관찰을 공식화하여  중입자의 질량, 기묘도 및 전하를 예측하게 했다.

SU(3)는 SU(2) 다중항을 포함하는 초다중항을 가지고 있다. SU(3)는 이제 모든 하위 상태를 지정하는 데 두 개의 숫자를 필요로 하며, 이는 λ1과 λ2로 표시된다.

은 육각형의 가장 위쪽 변에 있는 점의 수를 지정하며, 는 가장 아래쪽 변에 있는 점의 수를 지정한다.

 예시 
 핵자 그룹(양성자는 이고 중성자는 )의 평균 전하는 이므로, 둘 다 초전하 를 가진다 (중입자수 이고 이므로). 겔만-니시지마 공식에 따르면 양성자는 아이소스핀 을 가지는 반면 중성자는 을 가진다.
 이것은 쿼크에도 적용된다. 위 쿼크의 경우, 전하가 이고 가 이므로, 중입자수 때문에 초전하가 임을 알 수 있다 (세 쿼크가 중입자를 구성하므로 각 쿼크는 중입자수 를 가진다).
 기묘 쿼크의 경우, 전하가 , 중입자수가 , 기묘도가 −1이므로 초전하 를 얻게 되며, 따라서 임을 추론한다. 이는 기묘 쿼크가 자체적으로 아이소스핀 일중항을 형성하며 (맵시, 바닥, 꼭대기 쿼크도 마찬가지), 위 쿼크와 아래 쿼크는 아이소스핀 이중항을 구성한다는 것을 의미한다.
 다른 모든 쿼크는 초전하 를 가진다.

 실질적인 진부화 
초전하는 1960년대에 "입자 동물원"에서 입자 그룹을 조직하고 관찰된 변환을 기반으로 임시 보존 법칙을 개발하기 위해 개발된 개념이다. 쿼크 모형의 출현과 함께, 이제 강한 초전하 는 위 (), 아래 (), 기묘 (), 맵시 (), 꼭대기 () 및 바닥 () 쿼크의 수의 다음 조합이라는 것이 분명해졌다.

강입자 상호작용의 현대적 설명에서는 강한 초전하 양자수를 세는 것보다 상호작용하는 중입자와 중간자를 구성하는 개별 구성 쿼크(보존됨)를 추적하는 파인만 도형을 그리는 것이 더 명확해졌다. 그러나 약한 초전하는 전기·약 작용을 이해하는 데 필수적인 부분으로 남아 있다.

 각주 

분류:핵물리학
분류:표준 모형
분류:쿼크