ㅇ 뉴턴의 ‘보편적’인 만유인력 법칙
ㅇ 뉴턴이 위대한 과학자로 추앙 받는 이유는 그가 보편적인 중력법칙을 발견했기 때문
ㅇ 그래서 그의 중력법칙에는 만유인력의 법칙(universal law of gravitation)이라는 이름이 붙었다
ㅇ 자연계의 힘은 네 가지이다. 중력, 전자기력, 약력, 강력
- 중력자(중력), 광자(전자기력), W 및 Z(약력), 접착자(gluon, 강력)
ㅇ 물질을 구성하는 구성입자들이 있다. 전자나 양성자
ㅇ 중력은 질량이 있는 두 물체 사이에 작용하는 힘
ㅇ 뉴턴이 중력을 만유인력의 법칙으로 정식화했고 아인슈타인은 일반상대성이론으로 현대화
ㅇ 패러데이(Michael Faraday, 1791~1867)가 전자기유도현상을 발견
ㅇ 전자기력은 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831~1879)에 이르러 그의 유명한 방정식으로 총정리
ㅇ 약력은 원자핵 붕괴에 관여하는 약한 힘
ㅇ 약력(약한 핵력, 혹은 약한 상호작용)을 발견하게 된 계기는 베타붕괴라는 현상 덕분
ㅇ 베타붕괴는 중성자가 전자를 방출하면서 양성자로 바뀌는 현상
ㅇ 이 힘은 중력보다는 강하지만, 전자기력보다는 약했다
ㅇ 중성자가 붕괴할 때는 아주 이상한 현상
ㅇ 원래 중성자가 가졌던 에너지와 베타 붕괴 이후에 전자와 양성자가 가지는 에너지가 서로 다르다.
ㅇ 가장 기본적인 에너지 보존법칙이 맞지 않는 것처럼 보인 것
ㅇ 이 문제를 해결한 사람은 볼프강 파울리이다. 볼프강 파울리는 질량이 거의 없고 전기적으로 중성인 입자가 이 반응에 참가하여 에너지를 가지고 달아난다면 에너지 보존 문제를 해결할 수 있다고 생각
ㅇ 전기적으로 중성이면서 매우 가벼운 이 입자를 중성미자(neutrino)
ㅇ 중성미자는 약력에만 관여하는 입자
ㅇ 강력이란 원자핵을 붙잡아 둘 수 있는 강한 힘
ㅇ 강력(강한 핵력, 혹은 강한 상호작용)을 발견하게 된 이유는 간단
ㅇ 수소 이외의 원자핵은 두 개 이상의 양성자로 구성
ㅇ 양성자는 모두 전기적으로 양성이라 양성자가 여럿 모여 있으면 전기적인 반발력이 대단할 것으로 쉽게 예상
ㅇ 따라서 전자기력보다는 훨씬 강한 힘으로 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자를 묶어줄 힘이 필요
ㅇ 전자기력은 약력이나 중력 보다 센 힘이니, 전자기력 보다 강한 힘이 필요
ㅇ 일본인 최초로 노벨상을 수상한 유카와 히데키(湯川秀樹, 1907~1981)
- 양성자나 중성자들이 중간자(meson)라는 새로운 입자들을 교환하면서 강력을 형성한다고 생각
ㅇ 파이온(pion)이라는 중간자가 1947년 발견
ㅇ 강력은 새로운 힘이고, 전자기력 보다 강한 힘이며, 중간자가 관여하는 힘
ㅇ 양성자, 중성자를 만드는 쿼크
ㅇ 쿼크 셋이 적당히 잘 모이면 양성자나 중성자가 된다
ㅇ 강력에 관여하는 중간자도 쿼크로 구성
ㅇ 양성자나 중성자, 중간자는 모두 강력과 관계
ㅇ 쿼크는 강력을 느끼는 최소 입자 단위
ㅇ 쿼크와 쿼크는 접착자(gluon)라고 불리는 강력의 매개체를 주고받으며 강하게 결합해서 양성자나 중간자를 만듬
ㅇ 쿼크는 총 6종
ㅇ 6종류의 쿼크는 2가지씩 짝
- 업(Up)/다운(Down)
- 참(Charm)/스트레인지(Strange)
- 톱(Top)/보텀(Bottom)
ㅇ 전자와 그의 형제들인 경입자(Lepton)
ㅇ 전자들도 뭉쳐질 수 있을까?
ㅇ 전자들 사이에도 강력이 작용할 수 있다면 전자들도 여러 개 뭉쳐질 수 있을 것이다. 그러나 이런 일은 생기지 않는다.
ㅇ 전자와 중성미자는 약력에는 반응을 하는데, 강력은 느끼지 못한다
ㅇ 전자는 강력을 느끼지 못하기 때문
ㅇ 경입자는 강력을 느끼는 쿼크와는 전혀 종류가 다른 입자
ㅇ 처음에 발견된 중성미자는 약력과 반응할 때 전자와 관련되기 때문에 전자형 중성미자
ㅇ 경입자도 총 6종이 발견
ㅇ 뮤온(muon)이라는 경입자에는 뮤온형 중성미자
ㅇ 타우온(tauon)이라는 경입자에는 타우온형 중성미자
ㅇ 전자와 뮤온 혹은 타우온은 질량만 다를 뿐 그 외 모든 물리적 성질은 똑같다. 전자의 형제뻘.
ㅇ 그 각각의 짝을 이루는 중성미자들도 서로 형제뻘
ㅇ 약력은 W, Z로 불리는 입자들이 매개
ㅇ 구성입자는 다시 강력을 느끼는 쿼크와 강력을 느끼지 못하는 경입자로 구분
ㅇ 자연계의 소립자는 크게 힘을 매개하는 입자와 물질을 구성하는 구성입자로 나뉜다
ㅇ 약력과 전자기력, 그리고 강력에 대한 이런 이론들을 한데 모아 사람들은 표준모형이라고 부르기 시작
ㅇ 표준모형은 강력을 느끼지 못하는 세 쌍의 경입자들과 강력도 함께 느끼는 세 쌍의 쿼크들, 그리고 세 가지 힘을 매개하는 입자들에 관한 이론
ㅇ “세상은 무엇으로 만들어졌을까?”라는 인류 태고의 질문에 대한 모범답안이 바로 표준모형
ㅇ 표준모형에서 가장 중요한 입자로, 과학자들이실험적으로 발견하기 위해 노력하고 있는 것이바로 힉스(Higgs) 입자
ㅇ 힉스가 없으면 표준모형은 한마디로 ‘대략 난감’의 상태에 빠진다.
ㅇ 힉스는 표준모형의 가장 핵심적인 연결고리
'K-MOOC' 카테고리의 다른 글
| 210605 [네이버캐스트] 고대인들의 천문학 - 스톤헨지와 피라미드의 비밀 (0) | 2021.06.05 |
|---|---|
| ■ 210605 [현대인을 위한 물리의 이해] 1. 물리학의 발달- 1.2 고전물리학 - 1.2.1 천상법칙과 지상법칙 (0) | 2021.06.05 |
| 210602 [네이버캐스트] 빅뱅에서 태어난 원자 - 별의 물리학 (0) | 2021.06.02 |
| 210531 [네이버캐스트] 행성의 대기 - (맥스웰 - 볼츠만 분포가 만든) (0) | 2021.06.02 |
| 210531 [네이버캐스트] 기체운동이론 - 기체 분자들의 운동 (0) | 2021.06.02 |