소립자와 자연의 힘들(제5단락)ㅡ스티브 호킹

‘물질이란 무엇인가?
우주를 형성하는 물질의 구성 요소는 무엇인가?
이들이 상호작용하는 원리는 무엇인가?
과거로부터 지금까지 연구하고 있고,
또 새로운 연구하고 있는 분야입니다.

1.고대에는 가장 작은 소립자가 원자입니다.
2.1932년에 원자는 가장 중심의 핵이 있고 중성자의 발견으로 주변에 <양성자, 중성자, 전자>가 있다고 확신합니다.
3.1963년 머리 겔만(Murray Gell-Mann)은 당시까지 발견된 100여 종의 입자들을 완벽히 설명할 수 있는 ‘쿼크(quark)’란 개념을 만들게 됩니다.
4.1977년까지 5종의 쿼크가 발견됐으며, 최후의 입자라 불리던 톱쿼크의 존재를 지난 1994년 페르미연구소가 확인함으로써 쿼크가 6(업쿼크,참쿼크,톱쿼크)가지로 분류됩니다

쿼크는 '소립자'의 기본 구성요소입니다

각각의 <쿼크>는 일종의 접착제? <글루온>으로 인해 서로 결합해 중간자, 중입자와 같은 강입자를 만듭니다.

강입자 외에 <전자나, 중성미자>는 강한 작용을 하지 않는 소립자 일명 경입자로 분류됩니다. 

쿼크와 3계보

쿼크를 구성하는 내용ㅡ 1세대, 2세대, 3세대로 나눌 수 있습니다.

세대	이름	기호	전하량
1	업(up)	u	+2​
	다운(down)	d	-1​
2	참(charm)	c	+2​
	스트레인지(strange)	s	-1​
3	톱(top)	t	+2​
	보텀(bottom)	b	-1​

 

 

1세대 쿼크ㅡ

 

1.업 쿼크(u-쿼크/up quark)

 

모든 쿼크 중에서 가장 가벼운 쿼크로 하나 이상의 쿼크를 갖습니다.

다운 쿼크와 함께 <원자핵>을 구성하는핵자를 이룹니다.

1964년 겔만이 제안하고 1968년 확인됩니다.

 

 

2. 다운 쿼크(d-쿼크/down quark)

두 번째로 가벼운 쿼크.

업 쿼크와 함께 핵자를 이루며, 모든 핵자는 하나 이상의 다운 쿼크를 갖습니다.

업쿼크와 마찬가지로 1964년 겔만이 제안하고 1968년 확인됩니다.

 

 2세대 쿼크ㅡ

 

1.참 쿼크(c-쿼크/charm quark)

 

세 번째로 무거운 쿼크로 양성자보다 약간 무겁습니다.

한국어 이름은 '맵시 쿼크'입니다.

1964년 뵤르켄과 글래쇼가 처음 제안하였지만 근거는 부족합니다.

1974년 이휘소는 그들의 이론을 토대로 참 쿼크의 질량을 예측하였다.

 

2.스트레인지 쿼크(s-쿼크/strange quark)

 

세 번째로 가벼운 쿼크로, 기묘도는 스트레인지 쿼크가 포함된 강한 입자가 생성될 때는

보존되지만, 붕괴할 때는 보존되지 않는 양자수의 하나입니다.

업 쿼크와 다운 쿼크로 이루어진 강입자에 비해 무거운 질량을 갖는데도

그 질량에 비해 붕괴속도가 매우 느리다고 합니다.

1964년 업,다운 쿼크와 함께 겔만이 도입하였습니다.

3. 3세대 쿼크ㅡ

 

1. 톱 쿼크(t-쿼크/top quark)

 

제일 무거운 쿼크.

질량이 금 원자와 비슷한 수준으로, 보텀 쿼크의 40배에 달합니다.

붕괴 속도가 워낙 빨라서 쉽게 강입자를 이루지 않습니다.

1973년 '고바야시 마스카와' 이론으로 예측되고,페르미연구소에서 발견됩니다. 

 

2. 보텀 쿼크(b-쿼크/bottom quark)

 

두 번째로 무거운 쿼크. 질량이 양성자의 네 배에 달합니다.

거의 모든 탑 쿼크가 붕괴하면서 보텀 쿼크를 생성하기 때문에, 발견하기 쉬운 편입니다.

미국 쪽에서는 보텀 쿼크라는 이름을, 유럽 쪽에서는 뷰티 쿼크라는 이름을 자주 쓴다.

1973년 '고바야시와 마스카와'가 쿼크에 3세대가 존재해야 함을 주장하며 처음 예측되고. 

페르미연구소에서 발견됩니다.

양성자ㅡ

u 와 d 는 일종의 단위입니다.
u 쿼크의 크기는 전자 전하의 3분의 2에 해당하고 방향이 (+)이며
d 쿼크의 크기는 전자 전하의 3분의 1이고 방향이 (-)다.
양성자는 2개의 u 쿼크와 1개의 d 쿼크로 이뤄져 1 단위의 양전하를 갖습니다(⅔+⅔-⅓=1).

중성자ㅡ

중성자는 2개의 d 쿼크와, 1개의 u쿼크로 이뤄져 있고, 전체적으로 전하를 띠지 않습니다(⅔-⅓-⅓=0).
s 와 c 는 고에너지 상태에서 존재하며, 이보다 더 높은 에너지 상태에는 t 와 b 가 있습니다.

보손(영어: boson)ㅡ힘을 매개하는 입자

• 보손(영어: boson)는 '스핀은 정수'이고, '보스'-아인슈타인 통계를 따르는 기본 입자입니다.
• 페르미온 '스핀은 반정수' 입니다.
• 예를 들면, 광자는 스핀이 1인 보손이다. 따라서, 들어온 빛을 완전히 흡수하는 흑체가
• 복사하는 전자기파의 파장 분포는 보스 통계를 따른다.
• 또 응집물질물리에 나오는 준입자 포논도 보스 통계를 따른다.

포톤(photon)ㅡ광양자

빛의 입자로 빛을 입자의 모임이라고 볼 때의 입자로 광양자의 크기와 정지질량은 0이지만,
에너지를 가지고 있는 입자로 항상 일정한 속력으로 이동합니다.

중성미자,반중성미자ㅡ

'중성미자(뉴트리노)'는 질량이 거의 없어 ‘겨우 존재하는 입자’로 약력과 중력에만 반응하는
존재로 알려져 있습니다. 중성미자는 정말로 질량이 없는 유령 같은 입자일까?
이에 대한 답은 2015년 노벨 물리학상을 수상한 <카지타 타카아키 >와
<아서 맥도날드>의 발견이 알려줍니다.

땅끝 1000미터 지하에서 중성미자의 실험

중성미자 검출기

'중성미자 진동'이라는 현상을 발견합니다. '중성미자 진동'은
중성미자가 시간에 따라 종류가 바뀌는 걸 의미합니다.
즉, 전자 중성미자가 날아가면서, 갑자기 뮤온 중성미자로 바뀌는 일이 일어난다는 의미입니다.
이는 이론적으로 중성미자가 질량을 가지고 있다는 증거이며, 지하에서 중수의 실험은 큰 화제가 됩니다.


즉 '우주 선'은 전하를 지닌 입자여서 자신이 날아온 방향을 알려주는 '중성미자'와
우주 공간을 채우고 있는 강력한 자기장에 의해 경로가 휘어지는 바람에 역추적해
발원지를 찾아내기 어려운 '반 중성미자'가 있다는 것입니다.
이 물질은 인류가 지금까지 지구와 우주에서 접해온 어떤 물질과도 성질이 다릅니다.

둘 사이에는 어떤 ‘케미’(화학반응)도 없습니다. 보이지도 않습니다.
즉, 반중성미자가 태양에서 지구로 여행하는 동안 변형하거나 진동하면서
물질과는 섞이지 않고, 만나도 소 닭 보듯 스쳐 지나간다고 합니다.
그러나 그들을 찾아낸 것입니다.

현재 우리 우주에는 물질보다 암흑물질이 5배 이상 많다고 합니다.
그럼 우리 눈에 보이는 우주는 전체 우주의 약 6분의 1일까요? 하면 그것도 아니라고 합니다.
'암흑물질'보다 다시 두세배 많은 양의 '미지의 에너지'가 우주를 채우고 있기 때문이라고 합니다.

최근의 측정 결과에 따르면, 우주는 물질 4.8%, 암흑물질 26.7%, 암흑에너지 68.2%로 이뤄져 있습니다.
'암흑물질'은 강한 중력원으로 물질을 끌어들이는 역할을 하는데, '암흑에너지'는 반대로 우주를
지속적으로 밀어 점점 빠르게 팽창시키는 역할을 합니다.

그렇다면 우주는 암흑물질과 암흑에너지가 지배하고 있지 않을까? 하는 생각도 들게됩니다.
확실치 않지만 무시하지 못하고 있습니다.
우리가 보고 이용하는 모든 물질들, 밤하늘에 가득한 무수한 별과 은하는 다 합쳐도
전체 우주의 5%도 채 차지하지 못한다고 합니다.
나머지 95%의 우주는, 아직까지 정체를 드러내지 않은 채, 어둠보다 깊은 침묵을 지키고 있습니다.

긴글 중에 가장 어려웠던 물리학입니다.
긴글 읽어주셔서 감사합니다^^