고바야시 마스카와 이론
1. 개요
난부 요이치로(南部陽一郞) 박사, 고바야시 마코토(小林誠) 박사, 마스카와 도시히데(益川敏英) 박사가 제창한 물리 이론. 양자 역학에 기반하여 반입자 소실의 수수께끼를 해결하려 한다. [1]
2. 내용
상대성 이론에 의하면, 질량과 에너지는 서로 변환될 수 있다.[2] 그런데 이때, 입자와 반입자는 항상 쌍으로 생성되고 쌍으로 소멸한다. 그리고 우주 초기에는 에너지만 있었기 때문에 현재 우주에는 입자와 반입자가 같은 양만큼 있어야 한다.
슈뢰딩거 방정식의 해밀턴 연산자는 복소수 형태인데, Hψ와 같은 곱셈 형태이다. 입자의 파동함수와 반입자의 파동함수는 켤례 복소수[3] 관계이므로 H가 실수이면 입자와 반입자의 법칙이 동일하다.(CP대칭) 즉, H가 허수 부분을 포함한다면 CP대칭성이 파괴되는 것이다.[4][5]
2.1. 기본입자 표준 모형
3. 역사
사실 매우 엄밀한 측정을 하면 CP대칭이 파괴되는 현상은 1964년에 발견되었지만, 약력에 대한 이론이 규명되지 않아 이 현상을 설명할 방법이 없었다. 그러나 이후 전약통일이론이 확립되었고, 고바야시와 마스카와는 이 이론을 통해 CP대칭성의 파괴 문제를 다루었다.
이 두 과학자는 쿼크가 6종일 때부터 CP대칭이 파괴된다는 것을 증명하고, 이후 쿼크가 더 발견되어 쿼크 6종설은 증명되었다.[6] 그러나 이것만으로 CP대칭의 파괴를 설명하기에는 불충분했다. 그래서 그들은 이바라키현 츠쿠바 시에 있는 KEKB[7][8]를 활용하였다. 그들은 Belle 실험에서 B중간자와 반B중간자[9]의 붕괴 모습이 약간 다른 것을 관찰하였는데, 그 차이는 그들이 논문에서 예상한 그대로였다. 그들은 이 공로로 2008년 10월 7일 노벨 물리학상을 수상하였다.
[1] 사실 난부 요이치로는 자발적 대칭성의 파괴라는 기제를 발견하여 이들과는 별도로 노벨상을 탔다.[2] '''E=mc2''', 즉 ''질량-에너지 등가 원리''이다. [3] 허수부분의 부호만 반대인 복소수[4] C변환은 전하(charge)를 반대로 하는 것이고, P변환은 거울상으로 뒤집는 것(parity)이다. 이 두 변환을 같이 하는 것을 '''CP변환'''이라고 부르고, 이때 법칙이 똑같으면 CP대칭이다. 그리고 4대 기본 힘은 모두 CP대칭이다. [5] 실제 H와 CP대칭성과의 관계는 그렇게 단순하지는 않다. 곱셈 형태이므로 H가 허수라도 H의 허수 부분을 ψ 쪽으로 밀어붙이면 H는 실질적으로 실수가 되어 버리기 때문이다. 이 두 사람이 보여준 것은 쿼크가 6종 이상일 때 H의 허수 부분을 ψ 쪽으로 완전히 밀어붙일 수 없다는 것이었다.[6] 당시에 알려져 있던 쿼크는 u, d, s의 세 가지뿐이었다.[7] 고에너지 가속기 연구 기구. KEK는 '''고에너지 가속기'''의 일본어 이니셜이고, B는 이 가속기에서 만들어지는 B중간자를 의미한다.[8] 이 기구는 현재 SuperKEKB로 개량되었다.[9] B중간자의 반입자