경입자 생성(輕粒子生成, 영어: Leptogenesis)은 물리우주론에서 초기 우주에 경입자(렙톤)와 반경입자(반렙톤) 사이의 비대칭이 발생한 가상적인 과정을 총칭하는 용어이다. 이는 관측 가능한 우주에서 물질이 반물질보다 압도적으로 많이 존재하는 현상, 즉 물질-반물질 비대칭을 설명하기 위해 제안된 이론적 시나리오 중 하나이다.
배경
현대 입자물리학의 표준 모형에 따르면, 우주 대폭발 직후에는 물질과 반물질이 거의 같은 양으로 생성되었을 것으로 예측된다. 그러나 실제 관측 우주에서는 물질(특히 중입자)이 반물질보다 훨씬 많이 존재한다. 이 우주의 물질-반물질 비대칭을 설명하는 문제는 물리우주론의 해결되지 않은 주요 문제 중 하나이다.
경입자수의 비보존
경입자 생성은 경입자수가 보존되지 않고 경입자와 반경입자가 비대칭적으로 생성되는 과정을 의미한다. 표준 모형에서는 테라전자볼트(TeV) 스케일 이하의 온도에서 경입자수가 거의 보존되지만, 더 높은 온도 또는 특정 비섭동적 과정을 통해 경입자수가 변경될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 과정은 약한 핵력과 관련이 있으며, 키랄 이상(anomaly)의 사례로 설명된다.
중입자 생성과의 관계
경입자 생성과 중입자 생성(Baryogenesis)은 긴밀하게 연결되어 있다. 표준 모형에서는 경입자수와 중입자수의 차이가 정확히 보존되므로, 경입자 생성이 중입자 생성으로 전환될 수 있는 경로가 존재한다. 구체적으로, 스팔레론(sphaleron)이라는 비섭동적 과정을 통해 경입자 비대칭이 중입자 비대칭으로 변환될 수 있다. 따라서 경입자 생성은 우주의 중입자 비대칭을 설명하는 유력한 가설 중 하나로 간주된다.
주요 이론 모형
경입자 생성의 대표적인 모형으로 후쿠기타-야나기다(Fukugita-Yanagida) 메커니즘이 있다. 이 모형은 표준 모형에 오른손 중성미자를 추가하여 시소 메커니즘(see-saw mechanism)을 통해 중성미자의 질량을 설명하면서, 동시에 오른손 중성미자의 붕괴 과정에서 경입자 비대칭이 자발적으로 생성될 수 있음을 보여준다. 이후 스팔레론 과정이 이 경입자 비대칭을 관측된 중입자 비대칭으로 전환시킨다.
다만, 경입자 생성은 아직 실험적으로 직접 검증되지 않은 가설적 과정이다. 이와 관련된 물리 법칙 및 입자는 표준 모형의 확장을 요구하며, 현재까지 이 현상을 직접 증명한 관측적 증거는 확립되지 않았다.
