전기·약 작용

양자장론에서 전기·약 작용(electroweak interaction) 또는 전약력(電弱力)은 높은 에너지에서 약한 상호작용과 전자기력이 하나로 통합하여 만드는 힘이다. 낮은 에너지에서는 약전자기 대칭이 저절로 깨지면서 약력과 전자기력이 분리되지만, 이 이론에서는 하나의 힘에대한 두개의 다른 측면인 것으로 생각한다. 100GeV에 해당하는 작용 에너지보다 큰 에너지에서, 이 둘은 전약력으로 통합된다. 따라서 우주가 아주 뜨거울 경우(대략 10¹⁵K의 온도), 약한 상호작용과 전자기력은 전약력으로 통합된다. 전약력의 시대동안 전약력이 강력과 분리되었다. 또한, 쿼크의 시대동안 전약력이 약한 상호작용과 전자기력으로 분리되었다.

셸던 리 글래쇼, 압두스 살람, 스티븐 와인버그은 기본입자 사이에 작용하는 약력과 전자기력의 결합의 이론형성에 대한 공로로 1979년 노벨 물리학상을 수상하였다. 전약력의 존재의 입증은 실험적으로 두번 이루어졌다. 첫번째는 1973년에 거품상자 Gargamelle에서 중성미자가 산란될 때 중성 보존류가 일어남을 발견한 것이다. 두번째는 1983년에 UA1, UA2실험에서 슈퍼 양성자 싱크로트론을 이용하여 양성자-반양성자 충돌을 일으켰을 때 W와 Z 게이지 보손을 찾아낸 것이다. 1999년에 헤라르뒤스 엇호프트와 마르티뉘스 펠트만이 전약력의 재규격화 문제를 해결하여 노벨 물리학상을 수상하였다.

라그랑지언

대칭이 깨지기 전

약전자기력의 라그랑지언은 대칭이 깨지기 전에 네 부분으로 나뉜다.

ℒ_{E - W} = ℒ_{g} + ℒ_{f} + ℒ_{H} + ℒ_{y}

g항은 게이지 장을 나타낸다. 약전자기력의 게이지 군은 SU(2)×U(1)이므로, SU(2)에 해당하는 세 게이지 보손 W와 U(1)에 해당하는 하나의 게이지 보손 B가 있다. SU(2)는 비가환군이므로, W보존 사이의 상호작용을 포함한다.

ℒ_{g} = - \frac{1}{4 g^{2}} W_{a}^{μ ν} W_{μ ν}^{a} - \frac{1}{4 g^{'}^{2}} B^{μ ν} B_{μ ν}

f항은 페르미온을 나타낸다. 최소 커플링을 통해, 페르미온은 게이지 보손과 상호작용한다.

ℒ_{f} = {\overline{q}}_{i} i D / q_{i} + {\overline{u}}_{i}^{c} i D / u_{i}^{c} + {\overline{d}}_{i}^{c} i D / d_{i}^{c} + {\overline{l}}_{i} i D / l_{i} + {\overline{e}}_{i}^{c} i D / e_{i}^{c}

H항은 힉스 장 $h$ 를 나타낸다.

ℒ_{H} = | D_{μ} h |^{2} + \frac{1}{4} λ (| h |^{2} - v^{2})^{2}

y항은 유카와 상호작용으로, 힉스 메커니즘을 거치면 페르미온의 질량을 나타낸다.

ℒ_{y} = y_{u i j} h q_{i} u_{j}^{c} + y_{d i j} h^{†} q_{i} d_{j}^{c} + y_{e i j} h^{†} l_{i} e_{j}^{c}

이 네항을 다 더하면 전기ㆍ약 작용이 된다

같이 보기

참고 문헌

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김진의 (1984). 《소립자와 게이지 상호작용》. 민음사. ISBN 89-374-3500-4.

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