1. 개요
螺旋度 / helicity나선도는 임의의 입자의 스핀과 운동량의 관계를 나타내는 물리량으로, 나선도는 입자의 운동량에 대한 스핀의 사영(projection)이다.
즉, 나선도 [math(h)]는 아래와 같이 정의된다.
[math(\displaystyle h \equiv {\bf\vec S} \cdot {\bf\hat p}, \qquad {\bf \hat{p}} = \frac{\bf \vec p}{\lVert{\bf \vec p}\rVert})]
여기서, [math({\bf \vec S})]는 입자의 스핀 벡터, [math({\bf \vec p})]는 입자의 운동량 벡터다.
3차원 공간에서 스핀은 양자화 되어있으므로, 나선도 또한 [math(-S,\ -S+1,\ \cdots,\ S-1,\ S)]로 양자화된 값만 가질 수 있다. 나선도가 양수인 입자를 오른손잡이 입자, 음수인 입자를 왼손잡이 입자라고 부른다.
쉽게 말해 마치 나사 중에서 오른나사와 왼나사가 서로 다른 것과 같이, 어떤 입자의 스핀이 진행방향에 대해 시계방향인지, 반시계방향인지 나타낸다. 시계방향이면 나선도가 음수고 왼손잡이 입자이며, 반시계방향이면 양수고 오른손잡이 입자라고 불린다.
2. 상세
입자물리학에서 매우 중요한 성질로 다뤄진다.나선도는 전하도, 색전하도 없는 기본입자인 중성미자와 그 반입자인 반중성미자를 구분하는 방법으로 사용될 수 있다. 전하를 띠는 전자, 뮤온, 타우온, 색전하를 띠는 쿼크, 또는 그것들로 이루어진 입자와 그 반입자들은 전하와 색전하라는 명확히 구분하기 쉬운 성질을 갖고 있어 물질과 반물질을 쉽게 구분할 수 있다. 그러나 중성미자는 전하나 색전하를 띠지 않고 오직 약한 상호작용과 중력에 의한 상호작용만 하므로, 전자기력과 강한 상호작용을 이용할 수 없어 물질과 반물질을 구분하기 어렵다.
그런데, 중성미자는 몹시 기이하게도 나선도가 [math(-\hbar/2)]로 표현되는 왼손잡이만 존재하며, 그 반입자인 반중성미자는 나선도가 [math(+\hbar/2)]인 오른손잡이만 존재한다. 이는 양전닝과 리정다오에 의해 제안되었고, 우젠슝의 실험에 의해 증명되었다. 이는 따져보면 몹시 기이한 성질이다. 딱히 오른손잡이 중성미자가 존재하지 말아야 할 이유가 없음에도, 중성미자가 생성될 때에는 무조건 왼손잡이만 발생하는 것이다. 이 발견은 입자물리학에서 너무나도 충격적인 발견이었기 때문에 파울리는 실험 결과를 듣고 "신이 왼손잡이였다니!"라며 경악을 금치 못했고, 이를 제안한 양전닝과 리정다오는 1957년에 노벨물리학상을 수상했다.