중입자

요약 소립자의 일종으로 강한 상호작용을 하는 강입자(hadron)중에서 세 개의 쿼크로 이루어진 페르미온(fermion)이다. 약 120종류가 알려져 있으며, 핵자(nucleon)와 중핵자(hyperon)가 중입자에 속한다.

중입자는 핵자(nucleon)와 중핵자(hyperon)로 구분할 수 있으며, 핵자에는 양성자(proton)과 중성자(neutron)가 속하고 중핵자에는 람다입자(Λ입자), 시그마입자(Σ입자), 크사이입자(Ξ입자), 오메가입자(Ω입자)가 속한다. 대체로 질량은 중간자보다 무겁고, 핵자를 제외한 나머지 중입자의 수명은 중간자에 비해 짧은 편이다. 1/2 또는 3/2의 스핀을 갖는다.

중입자 중에서 질량이 가장 가벼운 입자는 양성자이며, 자유 공간에서 가장 안정한 강입자로 최소한 수명이 10³²년 이상이라고 추측되고 있다. 중성자는 핵 안에서는 안정하지만 자유 공간에서는 평균 14분 49초 후에 양성자 1개, 전자 1개, 반중성미자 1개로 베타붕괴한다. 중성자 이외의 모든 중입자는 10^-9초 이내로 붕괴하며 최후에는 양성자 또는 중성자를 남긴다. 예를 들어 중입자 중에 오메가 음이온 입자(Ω^-)의 붕괴 과정은 다음과 같다.

  Ω^-  →    Ξ⁰ + ∏^-
                  
                  

질량을 비교하면 Ω^-가 가장 무겁고Ξ⁰, Λ⁰ 순서이다. 또한 ∏^-중간자 2개와 ∏⁰중간자는 다음의 단계로 붕괴하고,       

                    

마지막으로 2개의 뮤온이 다음의 붕괴를 거쳐   

     

결국 양성자(p⁺) 1개, 전자(e^-) 2개, 중성미자(ν_μ) 4개, 광자() 2개가 남는다.
기본입자의 붕괴에서 보존이 되는 양자수로 중입자수(baryon number, B)를 사용하는데 이 중입자수는 경입자수(lepton number, L)과 함께 모든 반응에서 독립적으로 보존된다.모든 중입자는 중입자수 1을 갖고, 모든 반중입자는 -1을 갖는다. 중입자를 제외한 다른 모든 입자의 중입자수는 0이다. 예를 들어 중성자의 붕괴과정에서 중입자수는 다음과 같이 보존된다.

      

   B   +1  +1  0  0