세상이 처음 탄생할 때 빛이 있었습니다. 그 순간에는 입자든 파동이든 모든 것이 하나였습니다.
백만분의 1초라는, 소립자의 입장에서는 아주 긴 시간이 지나 온도가 낮아질 즈음
그 하나는 두개가 되었습니다. 그것이 중성자와 양성자입니다.
그 중성자와 양성자가 나누어지면서 수많은 소립자가 생겨났습니다.
137억년이라는 시간이 흐르면서 그 수많은 소립자들은 오늘날의 우주가 되었습니다.
그래서 소립자를 구분하고 그 성질을 공부하려 했는데, 너무 어려워 제가 돌아버릴 뻔 했습니다.
하지만 만물을 구성하는 소립자들에 대한 지식을 포기할 수는 없는 노릇입니다.
아무리 어려워도 만물의 근원에 대한 지식은 꼭 확보해야 합니다. 안그러면 사기당합니다.
수많은 영적 사깃꾼들이 판을 치는 세상이니까요.
어렵습니다. 그러니까 찬찬히..
우선 입자와 파동에 대한 이해가 필요합니다. 만물이 존재하는 형태이니까요.
우리 눈이 볼 수 있는 파장은 극히 적은데 소립자는 파장이 상상불가 수준으로 짧습니다. 눈에 안보이는 세상이 더 중요하지요. 근원은 잘 안보이는 법.   파동은 파장, 진동수, 진폭때문에 그 특성이 생깁니다. 에너지는 파장이 짧으면 강하고, 진폭이 높으면 강하고, 주파수가 높으면 강합니다. 그러니까 파동은 에너지를 담고 있는 그릇이군요. 네개의 파동 중에서 위에 있는 세개의 파동이 합쳐지면 맨 아래 파란모양이 됩니다. 그 중 파동이 뭉쳐 있는 부 분이 wave packet, 이 것이 바로 입자입니다.
가능한 이유입니다. 파동이자 입자인 소립자. 잠시 마음을 가다듬고 묵상합니다. 모든 소립자는 파동이자 입자 파동은 에너지, 입자로서 측정 가능한 에너지... 존재의 근본 형태는 에너지를 담고 있는 파동의 형태인데 그것이 입자로서 측정이 가능하다는데 왜 잠시 멈추고 묵상까지나 해야 하느냐 하면요, 너무 생소하긴 해도, 입자와 파동이 하나다, 물질과 에너지가 하나다, 몸과 마음이 하나다는 것을 확연히 알 수 있기 때문입니다. 마음도 에너지라는 사실은 몸의 병을 치유할 때 치유자와 환자의 마음이 가장 강하게 치유행위에 작용한다는 사실을 알게 해 줍니다. |
원자는 중성자와 양성자로 되어 있고 그 주위에 전자가 돌고 있다고만 믿고 있었는데
시간이 갈수록 새로운 입자가 발견되기 시작했습니다. 너무나 많은 입자들이 발견되니까 과학자들은
돌아버릴 지경이었어요. 아래가 소립자 목록인데 여러분들은 보지 말고 넘어가시기 바랍니다.
돌아버릴지 모릅니다.
| 입자 물리학의 입자 | |||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 기본 입자 |
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| 합성 입자 |
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| 준입자 | |||||||||||||||||||||||
| 목록 | 기타 가설 입자 | ||||||||||||||||||||||
겔만(Murray Gellmann)이라는 사람이 이 수많은 입자들을 일목요연하게 분류를 해버렸습니다.
그래서 우리는 돌아버리지 않고 간단히 정리된 소립자들을 공부할 수 있게 된 것입니다.
그것을 표준모형이라고 합니다. 이정도면 돌아버릴 정도는 아닙니다.
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그래도 어려워요. 우선 반입자은 무시하고 공부합시다.
입자가 생성되면 반드시 반입자가 함께 만들어지는데 우리 목표가 입자의 운동, 에너지, 성질을 공부
하려는 것이 아니니까, 반입자는 생략. 최대한 쉽게...
우선 대분류입니다. 쿼크(quark), 렙톤(lepton), 보손(boson)
생소하니까 10번씩 반복하면 외워집니다. 쿼크, 렙톤, 보손/ 쿼크, 렙톤, 보손/...
그 다음 잠시 눈을 감고 감사를 드립시다.
그 복잡한 것을 거의 50여년에 걸쳐서 수많은 사람들이 발견해서 정리해 준것을...
만물을 구성하는 입자는 쿼크와 렙톤인데 쿼크는 무겁고 렙톤은 가볍다. 이 정도만 우선 기억하시구요.
구성입자가 존재할 수 있도록 힘으로 작용하는 입자는 보손입니다. 네, 여기서 그만 콱 막히거든요.
힘으로 작용하는 입자라니? 그래서 위에서 말씀드렸잖아요. 모든 것은 파동이고 입자인데, 파동이 뭉쳐
있는 형태도 입자로서 측정이 가능하다고. 보손이 바로 그것입니다.
쿼크, 렙톤, 보손을 하나하나 살펴봅시다.
<쿼크>
자! 이름부터 외웁시다.
업(up)쿼크, 다운(down)쿼크 / 챰(charm)쿼크, 스트레인지(strange)쿼크 / 탑(top)쿼크, 바탐(bottom)쿼크
업쿼크와 다운쿼크는 메가일렉트론볼트급, 나머지는 기가일렉트론볼트급입니다.
각각 질량, 전하, 스핀이 있습니다.
업쿼크, 챰쿼크, 탑쿼크는 전하가 모두 2/3이고, 스핀도 모두 1/2입니다.
다운쿼크, 스트레인지쿼크, 바탐쿼크는 전하가 -1/3이고, 스핀은 모두 1/2
다만 질량이 엄청나게 차이가 납니다. 메가는 백만, 기가는 10억이니까
업쿼크와 다운쿼크는 아주 가볍고 나머지는 엄청 무거운데, 무거운 소립자는 빨리 붕괴해서
가볍고 안정적인 소립자로 바뀝니다. 그 '빨리'가 어느정도냐 하면 10의 -23승초에서 10의 -10승초
사이에 생겨났다가 변화한다는...
그래서 우리는 업쿼크와 다운쿼크만 기억하시고 나머지는 잊어도 됩니다.
다만 업쿼크는 전하가 2/3, 다운쿼크는 전하가-1/3. 이것은 기억해야 합니다.
근데 이걸 왜 외워야 하는가? 침만 잘 놓으면 되지 무슨 업,다운,챰,스트레인지,톱,바탐...아이구 머리아파.
모든 입자가 이것들로 구성되어 있거든요. 그러니까 잠시 머리 아파도 이것 외워두면 장차 만물의 구성과
변화의 원리를 이해할 수 있을거예요.
예를 들면, 양성자는 <업쿼크2+ 다운쿼크1>로 만들어져 있습니다. 그런데 업쿼크의 전하(전기에너지)가
+2/3이고 다운쿼크는 -1/3입니다. 전하를 계산하면 2/3+2/3+(-1/3) = 1이거든요. 그래서 양성자는
양(+)이 되는 것입니다. 중성자는 <업쿼크1+ 다운쿼크2>, 따라서 2/3+(-1/3)+(-1/3) = 0입니다.
그래서 중성자는 전하가 0입니다. 음... 진짜 중요한 것은 양성자가 원래 (+) 즉 양성이 아니고, 중성자가
(0) 즉 원래 중성이 아니라는 것입니다. 속에서는 양과 음이 상상초월 속도로 돌고 있다는 것이지요.
네, 만물은 음과 양이 내재되어 있고, 끊임없이 변화한다는 사실이 음양이론과 꼭 같습니다.
위 도표는 참고만 하세요.
첫 도표는 중성자가 붕괴해서 양성자와 전자로 변화는 -베타붕괴
두번째는 양성자가 에너지를 얻어서 중성자와 양전자로 변화하는 +베타붕괴
세번째는 양성자가 에너지를 얻고 전자를 포획해서 중성자와 양전자로 변화되는전자획득.
저처럼 수식만 보면 두통이 생기는 분들은 도표를 보지 마시고 그냥 생각해봐요.
소립자는 고정되어 있는 입자가 아니다. 에너지를 얻거나 잃으면 변화한다. 심지어 음양도 바뀐다.
네, 모든 것은 변합니다. 변화하지 않은 것은 없습니다.
<렙톤>
렙톤은 간단합니다. 위 그림 다시 보시고, 이름 외우시구요. 전자/뮤온/타우, 전자/뮤온/타우...
렙톤은 전자, 뮤온, 타우 3개밖에 없습니다. 모두 (-)전하를 띄고 있습니다.
전자, 뮤온, 타우는 모두 전자와 똑 같은데 다만 무게가 다를 뿐입니다.
뮤온은 전자의 200배, 타우온은 전자의 3500배 무겁습니다. 마찬가지로 무거운 것은
쉽게 붕괴해서 가볍고 안정적인 입자로 바뀝니다. 따라서 전자만 기억하셔도 됩니다.
아참 3개의 렙톤은 각자의 중성미자를 동반하고 있습니다.
전자중성미자, 뮤온중성미자, 타우중성미자. 마찬가지로 전자중성미자에 비해서 뮤온중성미자는
7만7천배, 타우중성미자는 700만배 무겁습니다. 따라서 시간이 지나면 전자중성미자로 변합니다.
핵이 융합하거나 분열할 때 중성미자가 만들어지는데 태양이 수소를 헬륨으로 융합하면서 에너지를
만드니까 태양에서 매순간 엄청난 중성미자가 쏟아져 들어오고, 핵발전소에서는 핵분열을 하니까
거기서도 중성미자가 많이 나옵니다. 중성미자는 엄청 가볍고 전하가 0이라서 모든 물질을 다 통과
하므로 검출이 어려워 그 특성을 잘 모릅니다 . 암흑물질과 연관이 있지않을까 추측하고 있습니다.
<렙톤과 쿼크>
렙톤과 쿼크가 다음과 같이 짝을 이루어 작동합니다.
렙톤 | 쿼크 | |||
전하 | - | 0 | 2/3 | -1/3 |
1세대 | 전자 | 전자중성미자 | 업쿼크 | 다운쿼크 |
2세대 | 뮤온 | 뮤온중성미자 | 챰쿼크 | 스트레인지쿼크 |
3세대 | 타우 | 타우중성미자 | 탑쿼크 | 다운쿼크 |
세대 이름을 잘 못붙인것같아요. 3세대는 할아버지, 2세대는 아버지입니다.
여튼 2,3세대는 질량이 무거워서 가볍고 안정적인 1세대로 변화됩니다.
중성미자는 그 성질을 잘 모르는 입자이구요
따라서 전자와 업쿼크, 다운쿼크만 잘 기억하고 계시면 됩니다.
소립자의 모든 변화는 전하(음양), 질량(무게) 그리고 스핀(회전)이 결정합니다.
전하(음양)은 에너지를 얻거나 잃으면서 다른 입자로 변화하도록 하고
질량(무게)는 스스로 분열해서 에너지가 작고 안정적인 입자로 변화하도록 하고
스핀(회전)은 자신의 특성을 결정합니다.
이렇게 구성입자들이 모여서 다양한 소립자가 존재하는데 머레이 겔만은 질량 대신
기묘도(strangeness, 이상한 정도), 아이소스핀, 전하를 기준으로 그 많은 소립자들을 완벽하게
분류하는데 성공했습니다.
s는 기묘도(strangeness) q는 전하(charge) 아랫변 x축은 아이소스핀값입니다. 오른쪽 위 그림에서 n은 중성자, p는 양성자인데 이 분류에 따라 중성자는 ddu쿼크 조합으로 전하가 0, 양성자는 uud쿼크 조합으로 전하가 +1이 됩니다. |
그렇게 전하, 질량, 스핀이 작동하도록 만드는 역할을 하는 것이 보손입자입니다.
<보손>
힉스보손은 모든 입자가 질량을 갖게 하는 보손.... 도대체 뭔말인지. 여튼 설명은 힉스입자가 에너지로서 작용하는 에너지장으로 이 세상을 가득 채우고 있고, 질량이 있는 모든 입자들은 이 힉스장 안에서 에너지를 획득해서 질량을 갖게 된다는 뜻이랍니다. 그러니까 포톤과 글루온은 힉스 보손과 상호작용을 하지 않아서 질량이 없고, 중성미자는 아주 약하게 작용 해서 질량이 미미하다는 뜻이 되는군요. |
구성입자인 업쿼크가 2.3MeV, 다운쿼크가 4.8MeV인데 비해 Z보손은 91.2GeV, W보손은 80.4GeV입니다.
메가는 백만, 기가는 10억 단위이니 금방 비교가 되지요? 만물을 구성하는 쿼크보다 Z보손과 W보손은
쿼크보다 수만배나 많은 에너지를 가지고 있습니다. 핵 안에서는 작용하는 힘은 비교적 약하지만 만일
분열이 되면 엄청난 에너지를 발산합니다. 모든 세포를 가차없이 파괴하는 방사선의 무서운 에너지가
바로 여기에 있다는 것을 의미합니다.
핵을 벗어난 중성자는 쉽게 분열하는데 분열하면 전자가 나옵니다. 세상에! 중성자가 전자를 만들어낸다니! 중성자 속에 (-)에너지를 가진 다운쿼크 2개가 있었 잖아요. 붕괴하면서 하나가 (+)인 업쿼크로 바뀌고 전자와 전자중성미자를 만들어 냅니다. 애초부터 고정불면은 없었어요. 에너지를 얻거나 잃으면 언제든지 이렇게 다양한 변화가 생기는 것, 그 모든 변화는 소립자 속에 내재되어 있는 음(-)과 양(+)입니다. 그 변화를 일으키는 힘도 바로 W- 보존입니다. |
표준모형은 중력과 암흑에너지를 설명하지 못하므로 만물의 근본과 구성을 설명하는 완전한 이론은
아닙니다. 힉스 입자가 발견되었으니 아마 곧 중력과 암흑에너지도 알아낼 수 있겠지요.
모든 입자는 끊임없이 변화 하지만 결국 양성자와 중성자와 전자로 변화되어 안정된 모습으로 존재한다.
그 중 양성자와 중성자는 글루온과의 상호작용으로 인해서 강력하게 결합되어 있지만 전자는 포톤(빛)을
주고받으며 활발하게 움직인다.
사람의 몸은 세포로 되어있고 세포의 핵은 DNA가 핵심이며 DNA는 C H N O되어 있습니다.
C H N O는 양성자, 중성자, 전자로 되어있고 그 사이에는 보손이 상호작용을 함으로써 안정되어 있습니다.
양성자, 중성자, 전자 중에서 변화를 일으키는 것은 당연히 전자입니다.
그 전자가 안정되도록 역할을 하는 것은 포톤(빛)이구요.
사람은 호흡과 음식으로 에너지를 흡수하는데 그 에너지의 근원도 빛이거든요.
빛 에너지가 충분히 공급되면 그 에너지를 나르고 몸에 적합한 에너지로 바꾸는 일도 전자가 합니다.
실제로 활성산소는 전자가 부족한 산소이고, 에너지가 부족한 것은 전자가 부족한 것이고, 세포내의 산화
작용도 전자가 부족해서 생기는 현상입니다. 침이든 약이든 뜸이든 모든 치료행위는 전자를 공급하는
것이고 생명을 살리는 정보를 담아 전자를 공급하는 치료법이 양전류요법과 재퍼요법입니다.
소립자는 단순히 물질의 알갱이가 아니라는 점이 이해가 되시는지요?
60조~100조개의 세포 속, 세포 하나당 100조개나 되는 원자들 속에서 쿼크와 보손이 거의 빛의 속도로
움직이며 상호작용하고, 전자들이 서로 빛을 주고 받으며 빛의 속도로 움직이는 모습이 상상이 되시는지요?
그 셀 수도 없이 많은 소립자들이 춤추며 노래하는 몸 속에서 혹여 세포가 병이 들어 힘들어할 때
"사랑합니다. 고맙습니다."하는 한마디 정성어린 격려가 얼마나 그들에게 큰 힘이 되는지
저는 이해가 되고도 남는걸요.
마음의 힘이 그렇게 작동합니다.