약한 상호작용의 부분 대칭

한 문장 요약

약한 상호작용을 게이지 이론으로 쓰려면 하전 보손 두 개만으로는 닫히지 않고, 대수가 스스로 중성 보손 하나를 더 요구한다는 것을 보인 논문이다.

핵심 주장

1. 대수적 강제: 하전 흐름을 매개하는 $W^\pm$를 게이지 보손으로 두면, 그 교환자가 제3의 생성자를 낳는다. 약한 상호작용만으로 닫힌 $SU(2)$를 만들 수 없고 $U(1)$을 더해야 한다.
2. 혼합각: 중성인 $W^3$와 $B$가 섞여 광자와 무거운 중성 보손 $Z$가 된다. 전자기 결합은 두 결합상수의 조합으로 주어지고, 섞임의 정도가 하나의 각으로 요약된다.
3. 중성 흐름 예측: $Z$ 교환은 전하를 바꾸지 않는 약한 과정을 낳는다. 당시에는 관측되지 않은 과정이었다.
4. 질량은 외부 입력: 논문은 게이지 보손과 페르미온의 질량항을 명시적 대칭 깨짐으로 직접 써 넣는다. 저자 자신이 이를 "부분 대칭"이라 부른 이유다.

한계와 이후

손으로 넣은 질량항은 게이지 대칭을 부수므로 이론의 재규격화 가능성이 사라진다. 이 결함은 1964년의 자발적 대칭붕괴 논문들과 그것을 전기약 이론에 적용한 와인버그의 1967년 모형 [1] 으로 해소되었다. 또 이 논문은 렙톤과 하드론을 함께 다루지 못해, 관측되지 않는 맛깔 바뀜 중성 흐름을 억제하지 못했다. 그 문제는 1970년 GIM 기작과 맵시 쿼크 도입으로 해결된다. 중성 흐름 자체는 1973년 가가멜 실험에서 발견되었다.

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참고문헌

1. Weinberg, S. (1967). A Model of Leptons. Physical Review Letters 19, 1264–1266. doi:10.1103/PhysRevLett.19.1264