뉴트리노의 존재
표준모형에 따르면 그림과 같이 자연에서 발견되는 기본 입자는 크게 상호작용을 매개하는 입자와 물질을 구성하는 입자로 나뉜다. 상호작용을 매개하는 입자에는 전기적 상호작용을 매개하는 광자(7), 약한 상호작용을 매개하는 보손, 강한 상호작용을 매개하는 글루온(8)이 있습니다. 그리고 물질을 구성하는 입자는 쿼크와 경입자인데 그림과 같이 6가지 종류의 쿼크와 경입자가 있습니다. 두 개의 쿼크와 두 개의 경입자가 한 가족을 이루므로 세 가족으로 구성됩니다. 우리는 여전히 왜 물질을 구성하는 기본 입자의 세 가지 계열만이 있는지 알지 못하지만 현재로서는 그것이 전부인 것 같습니다.
6원 경입자는 전하가 -e인 경입자인 전자, 뮤온, 타우 입자와 전기적으로 중성인 3종의 중성미자로 나눌 수 있다. 전자, 뮤온, 타우 입자 중 전자만이 표에서 보는 바와 같이 무한히 안정적인 평균수명을 가지며, 뮤온과 타우 입자는 생성 직후 붕괴한다. 뮤온은 형성 후 6초 이내에 전자로 변환된 다음 인터랙터, 뮤온 또는 전자로 변환됩니다. 중성 경입자인 중성미자는 질량이 거의 0인 입자입니다. 상호작용이 약한 반응은 대부분 중성미자를 방출합니다. 따라서 다양한 반응이 일어나며 세 종류의 물질만이 상호작용을 하기 때문에 실험적으로 증명하기 어렵고 한번 발생하면 다른 물질과 상호작용을 하며 잘 사라지지 않는다. 따라서 우주에는 매우 많은 양의 중성미자가 있다고 가정합니다. 표에서 알 수 있듯이 중성미자의 질량은 매우 작습니다.
중성미자의 존재가 제안된 초기에는 중성미자의 질량이 0일 것으로 예상했지만 많은 실험을 통해 중성미자의 질량이 완전히 0이 아님이 밝혀졌습니다. 중성미자의 질량이 정확히 0인지 또는 작지만 유한한 값을 갖는지는 물리학의 기본 구조에 매우 중요합니다. 그래서 중성미자의 질량을 결정하는 실험은 매우 어렵고 비용이 많이 들지만 꾸준히 진행되고 있습니다.
각 입자에는 관련된 반입자가 있습니다. 이미 설명한 바와 같이 영국의 물리학자 Dirac은 상대론적 양자역학의 이론적 체계를 발전시켜 전자에 대한 반입자를 이론적으로 예측하였고(7) 예측된 입자인 양전자는 나중에 실제로 관측되었다. 그 이후로 모든 입자에는 반입자가 있다는 것이 알려졌습니다. 6개의 경입자 각각에 대해 각 입자에 해당하는 반입자가 있습니다. 반입자는 전하를 제외한 거의 모든 면에서 입자와 동일한 특성을 가지고 있습니다. 반입자가 독립적으로 잘 알려진 경우 반입자도 고유한 기호로 표시됩니다. 그렇지 않으면 입자를 나타내는 기호 위에 선이 그려집니다. 예를 들어, 전자 e의 반입자인 양전자는 +, 뮤온의 반입자는 4+, 타우 입자 T의 반입자는 TT’, 3개의 중성미자 Ve와 Vi의 반입자는 Te로 표시한다. 또는 in.ad. 또한 양성자 p의 반입자인 반양성자는 D입니다. 중성자 n의 반입자인 반중성자는 Y로 표시됩니다.
경입자의 특성은 강한 상호작용에 영향을 받지 않는다는 것입니다. 기본 입자는 상호작용이 수반되기 때문에 붕괴합니다. 일반적으로 강한 상호작용이 작용하고 소멸하는 평균 수명은 약한 상호작용이 작용하고 소멸되는 것보다 훨씬 짧습니다. 따라서 소립자의 평균 수명이 10~20초 미만이면 강한 상호작용 붕괴일 가능성이 높으며 평균 약한 상호작용 수명은 몇 초에서 10~12초 사이입니다.
다른 기본 입자와 마찬가지로 경입자는 자발적으로 다른 입자로 붕괴하거나 다른 입자와 상호 작용하여 3차 입자를 형성합니다. 어떤 종류의 붕괴 또는 반응이 가능한지는 보존 원칙에 의해 결정됩니다. 보존 원리는 주어진 물리량이 붕괴 또는 반응 전후에 동일하게 유지된다고 말합니다. 에너지와 운동량의 보존, 전하의 보존, 렙톤수는 소립자의 반응에 필수적이다. 에너지를 보존할 때 입자의 질량도 에너지에 포함됩니다. 전하 보존이란 입자에 설정된 전하가 반응 전후에 동일해야 함을 의미합니다.
렙톤수 보존은 립톤의 렙톤수를 +1로, 립톤의 반입자의 렙톤수를 -1로, 다른 모든 입자의 렙톤수를 0. 동일해야 함을 의미합니다. 이때 렙톤의 갯수는 렙톤의 갯수, 렙톤의 갯수, 렙톤의 갯수에 별도로 적용된다. 전자 렙톤 수는 2와 4의 경우 +1이고 반입자인 오비탈의 경우 -1이며 뮤온과 타우 입자에 대해서도 같은 방식으로 주어집니다. 예를 들어, 뮤온은 생성 후 약 2×10-6초 후에 전자로 붕괴하는데, 이 때 전자가 방출될 뿐만 아니라 (4.6)에서와 같이 뮤온 중성미자와 반전자 중성미자가 함께 방출됩니다. 붕괴 이것은 뮤온수와 렙톤수가 보존되기 때문이다.
식 (4.6)으로 표현되는 뮤온 붕괴를 Feynman 선도로 나타내면 그림과 같다. 뮤온 붕괴는 약한 상호작용에 의해 일어나기 때문에 w=입자는 중간에서 약한 상호작용을 매개하는 가상입자 역할을 한다. 그래서 상호작용이 일어나는 각 노드에서 전하가 보존되기 위해서는 첫 번째 다이어그램(2)에서 뮤온이 뮤온 중성미자와 가상의 W 보손으로 붕괴한 다음 V 보손이 전자와 반전자 중성미자로 붕괴하고, 두 번째 그림(b)는 진공에서 전자와 반전자 중성미자로 생성된 W+ 보손이 뮤온과 결합하여 뮤온 중성미자를 형성함을 보여준다. 도 42는 또한 파인만 다이어그램에서 이 반입자를 플롯할 때 화살표가 시간 방향에서 뒤로 그려지는 것을 보여준다.