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1. 개요
색전하(色電荷, color charge)는 강한 상호작용에서의 물리량이다. 이름에서 알 수 있듯이 전자기력에서의 전하에 대응된다. 색전하라는 개념의 고안자는 물리학자 오스카 W. 그린버그이며 그는 1964년 강입자의 내부구조를 설명하기 위해 색전하라는 개념을 고안하였다.2. 단어
색전하는 세 가지 종류가 있으며 빛의 삼원색에서 개념을 빌려와 빨간색, 초록색, 파란색의 이름을 붙여놓고 있다. 색전하는 색과 비슷한 유추를 할 수 있어 지은 이름일 뿐이지, 눈으로 보는 "색깔"과는 물리적으로 아무 관련이 없다. 쉽게 말해서 세 가지 종류의 전하를 철수, 영희, 바둑이 또는 육, 해, 공 이라는 이름을 붙여놨어도 강력의 게이지 대칭성을 잘 설명한다면 아무런 문제가 없는 것이다.3. 원리
색전하는 '빨간색', '초록색', '파란색' 세 가지 종류가 있다. 광자가 전하 사이의 힘을 매개하듯 글루온은 색전하 사이의 힘을 매개한다. 강한 상호작용을 하는 쿼크는 색전하를 가지고 있으나, 강한 상호작용을 하지 않는 렙톤은 색전하를 가지지 않는다.| 파이온의 구조 | 중성자의 구조 |
수학적으로 말하자면 색전하에 대한 강한 상호작용은 특수 유니터리군(special unitary group) su(3)의 대칭성을 가진다고 할 수 있다. 이는 일반적인 전하에 대한 전자기 상호작용이 유니터리군 u(1)의 게이지 대칭성을 가지는 것과 비교할 수 있다. 전자기 상호작용은 게이지 대칭성을 가지고 있어서 u(1)에 해당하는 임의의 위상 변화를 주어도 원래의 상태를 유지하며 이것이 전하량 보존법칙의 원인이 된다. 마찬가지로 강한 상호작용은 3×3의 특수 유니터리군에 대해 게이지 대칭성을 가지고 있어서 임의의 상태에 su(3) 변환을 가해도 물리적인 의미는 변하지 않는다. 이는 세 가지 종류의 색전하가 보존되는 원인이 된다.