하전 입자(荷電粒子, 영어: charged particle) 또는 대전 입자(帶電粒子)는 물리학에서 전하를 띠고 있는 입자를 의미한다.
개요
물질을 구성하는 기본 입자들 중 전자(electron)는 음전하(-)를, 양성자(proton)는 양전하(+)를 가지고 있다. 이와 같이 전기적 성질을 띠는 모든 입자를 통틀어 하전 입자라고 부른다. 전하를 띠지 않는 입자(예: 중성자, 광자, 중성미자)는 하전 입자에 해당하지 않는다.
대표적인 하전 입자
- 전자(electron): 음전하(-e)를 띠는 기본 입자. 원자핵 주위를 돌며 원자를 구성한다.
- 양성자(proton): 양전하(+e)를 띠는 입자. 원자핵을 구성하는 핵자 중 하나이다.
- 이온(ion): 전자를 잃거나 얻어 전하를 띠게 된 원자 또는 분자. 양이온(양전하)과 음이온(음전하)으로 나뉜다.
- 양전자(positron): 전자의 반입자로, 양전하(+e)를 띤다.
- 알파 입자(alpha particle): 헬륨 원자핵(2개의 양성자 + 2개의 중성자)으로, 양전하(+2e)를 띤다.
- 뮤온(muon), 타우 입자(tau): 전자와 유사하지만 더 무거운 하전 경입자들이다.
- 쿼크(quark): 양성자와 중성자를 구성하는 더 기본적인 입자로, +2/3e 또는 -1/3e의 전하를 갖는다. 단독으로는 존재하지 않고 항상 결합된 상태로만 존재한다.
하전 입자가 아닌 것
- 중성자(neutron): 전하가 0이므로 하전 입자가 아니다. 다만 원자핵 내에서는 양성자와 함께 존재한다.
- 광자(photon): 전자기력을 매개하는 입자로 전하가 없다.
- 중성미자(neutrino): 전하가 없는 경입자이다.
플라스마와 하전 입자
플라스마(plasma)는 하전 입자들의 집합체로, 원자핵과 전자가 분리된 상태의 기체이다. 고체, 액체, 기체와 구별되는 물질의 제4의 상태로 불리며, 태양이나 별의 내부, 형광등, 네온사인 등에서 찾아볼 수 있다.
하전 입자의 상호작용
하전 입자는 전자기장을 통해 서로 상호작용한다. 같은 종류의 전하 사이에는 척력(밀어내는 힘)이, 다른 종류의 전하 사이에는 인력(당기는 힘)이 작용한다. 이 힘의 크기는 쿨롱의 법칙(Coulomb's law)에 따라 두 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.
하전 입자 빔
하전 입자 빔(charged particle beam)은 거의 동일한 위치, 운동 에너지 및 방향을 갖는 하전 입자들의 공간적으로 국부화된 집단이다. 입자 가속기에서 생성되며, 전자 빔, 양성자 빔, 이온 빔 등으로 구분된다. 의료용 방사선 치료, 반도체 리소그래피, 기초 물리학 연구(입자 충돌 실험) 등 다양한 분야에 활용된다.
같이 보기
- 전하
- 전자기학
- 입자물리학
- 플라스마
- 이온
