SCIENCE 3D | 입자를 바꾸는 힘 (약한 상호 작용)

무슨 일이 일어났나

약한 힘(weak interaction)은 쿼크를 다른 종류의 쿼크로 바꾸는 힘, 곧 쿼크의 «맛(flavor)» 을 바꾸는 힘입니다(DOE).

베타 붕괴가 대표적인 예로, 탄소-14 는 약한 힘으로 질소-14 가 됩니다(DOE). 시뮬레이터는 NIST 원자 질량 차이로 이 붕괴의 에너지를 156 keV 로 셈해, NNDC 가 적은 Q(156 keV)와 맞춥니다.

약한 힘은 W 보손과 Z 보손이 나르고(DOE), PDG 2026 질량은 W 80.3625 GeV, Z 91.1879 GeV 입니다. W 는 전하가 있고 Z 는 없습니다(DOE).

약한 힘이 미치는 거리는 2×10⁻¹⁸ m 로 아주 짧지만(LBL), 이 힘이 일으키는 핵반응이 수십억 년 동안 태양과 별을 빛나게 했습니다(DOE). 약한 힘은 어떤 대칭을 깨는 유일한 기본 힘이기도 합니다(DOE).

💡 생활 속 예시

박물관 옛 나무 유물의 나이를 재는 데 쓰는 탄소-14 의 붕괴도 약한 힘이 일으키는 베타 붕괴입니다(DOE).
매일 뜨는 해의 빛도 약한 힘 없이는 나오지 않습니다 — CERN 은 W 보손이 태양을 움직이는 핵융합 반응을 가능하게 한다고 설명합니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

약한 힘은 너무 약해서 아무 일도 하지 않는다.
약한 힘이 일으키는 핵반응은 수십억 년 동안 태양과 별을 빛나게 했습니다. 출처
베타선의 전자는 원자핵 둘레를 돌던 전자가 튀어나온 것이다.
베타 마이너스 붕괴에서는 약한 힘이 중성자를 양성자로 바꾸면서 전자와 전자 반중성미자가 새로 생깁니다. 출처

누가 왜 찾았나

W 보손의 발견은 1976 년 카를로 루비아 · 피터 매킨타이어 · 데이비드 클라인이 CERN 의 SPS 가속기를 양성자-반양성자 충돌기로 바꾸자고 낸 생각에서 시작되었습니다(CERN). 1983 년 1 월 25 일 CERN 은 UA1(루비아) · UA2(피에르 다리울라) 공동 연구단이 W 보손을 찾았다고 알렸고, 같은 해 뒤이어 Z 보손도 찾았습니다(CERN). 루비아와 시몬 반 데르 메이르는 1984 년 노벨 물리학상을 받았습니다(CERN).

확인된 값

약한 힘 — 쿼크를 다른 종류의 쿼크로 바꾸는 힘: changes quark type 출처
약한 힘을 나르는 입자 — W · Z 보손: W and Z bosons 출처
약한 힘은 쿼크의 «맛(flavor)» 을 바꾼다: flavor change 출처
예: 탄소-14 가 질소-14 로 바뀐다 (베타 붕괴): C-14 → N-14 출처
W 보손은 전하가 있고 Z 보손은 없다: W±, Z⁰ 출처
W 보손 질량 80.3625 GeV/c² (PDG 2026): 1.4325899999999999e-25 kg 출처
Z 보손 질량 91.1879 GeV/c² (PDG 2026): 1.62557e-25 kg 출처
약한 힘이 미치는 거리 (LBL 표 4-1): 2e-18 m 출처
약한 힘은 어떤 대칭을 깨는 유일한 기본 힘: symmetry violation 출처
약한 힘이 일으키는 핵반응이 태양을 수십억 년 동안 빛나게 했다: powers the Sun 출처
CERN 이 W 보손 발견을 알린 날: 1983-01-25 출처
W 보손을 찾은 두 공동 연구단 — UA1(카를로 루비아) · UA2(피에르 다리울라): UA1 · UA2 출처
Z 보손은 같은 해(1983) 뒤이어 발견: 1983 출처
W 발견은 1976 년 루비아 · 매킨타이어 · 클라인의 제안(SPS 를 양성자-반양성자 충돌기로)에서 나왔다: 1976 출처
W · Z 발견으로 1984 년 노벨 물리학상 — 루비아 · 반 데르 메이르: 1984 출처
W 보손이 태양을 움직이는 핵융합 반응을 가능하게 한다 (CERN): Sun fusion 출처
탄소-14 원자 질량 (NIST): 14.0032419884 u 출처
질소-14 원자 질량 (NIST): 14.00307400443 u 출처
약한 힘이 중성자를 양성자로 바꾼다 (베타 마이너스 붕괴): n → p 출처
이때 전자와 전자 반중성미자가 생긴다: e⁻ + ν̄e 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-06]
일본 · 高等学校物理 (4) 原子

출처

https://www.energy.gov/science/doe-explainsthe-weak-force(확인 2026-11-12)
https://pdglive.lbl.gov/Particle.action?init=0&node=S043(확인 2026-11-12)
https://pdglive.lbl.gov/Particle.action?init=0&node=S044(확인 2026-11-12)
https://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/04/0.html(확인 2026-11-12)
https://www.energy.gov/science/doe-explainsthe-standard-model-particle-physics(확인 2026-11-12)
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1979/summary/(확인 2026-11-12)
https://home.cern/science/physics/w-boson-sunshine-and-stardust/(확인 2026-11-12)
https://home.cern/w-boson-turns-40/(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=C&ascii=ascii2&isotype=all(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=N&ascii=ascii2&isotype=all(확인 2026-11-12)

입자를 바꾸는 힘 (약한 상호 작용)