암흑 물질의 새로운 후보, Sexaquark(섹사쿼크)

수십년간의 노력끝에 과학자들은 한 가상의 입자가 존재할 수 있음을 확인했습니다.

총 6개의 쿼크로 구성되어 있는 아주 괴상한 이 가상의 입자의 이름은 sexaquark라고 하는데요.

최근 이 입자가 주목을 받고 있는 이유는 오래된 암흑 물질의 미스터리를 풀 수 있는 열쇠가 될 수 있기 때문입니다.

우리는 몰랐지만 어쩌면 sexaquark는 빅뱅의 순간부터 지금까지 계속 존재해 왔을지도 모릅니다.

 

 

여러분들이 알고 있는 세상의 모든 것들은 쿼크라고 알려져 있는 작은 입자로 이루어져 있습니다.

쿼크는 총 6가지 종류가 있는데요.

up, down, charm, strange, top, bottom 이렇게 6가지의 쿼크가 존재합니다.

이 중에 up과 down 쿼크는 가장 가볍고 또 가장 일반적인 쿼크라고 할 수 있습니다.

쉬운 예로 양성자와 중성자를 한번 살펴 봅시다.

양성자와 중성자는 모두 3가지 종류의 쿼크로 구성되어 있습니다.

두 개의 up 쿼크와 하나의 down 쿼크는 양성자를 구성하고, 두개의 down 쿼크와 하나의 up쿼크는 중성자를 만들어내죠.

이렇듯 쿼크는 up, down 쿼크 3개가 한 개조를 이루는 것을 아주 좋아합니다.

왜냐하면 이러한 구조가 가장 안정적이기 때문입니다. 그래서 가장 일반적인 구성이기도 하죠.

 

하지만 입자 가속기에서는 가끔 두 개의 쿼크로 구성된 입자가 만들어지기도 합니다.

그렇지만 이렇게 두 개의 쿼크로 구성된 입자는 아주 불안정해서 빠르게 붕괴되어 버리죠.

또한 과학자들이 정말 열심히 노력하면 5개의 쿼크로 이루어진 입자를 만들 수도 있습니다.

물론 아주 잠깐이긴 하지만 말이죠.

 

여기까지가 과학자들이 알고 있고 또 만들어낼 수 있는 쿼크의 모든 조합입니다.

하지만 어쩌면 우리가 몰랐던 새로운 조합이 있을 수 있습니다.

오랜 시간 동안 입자를 연구한 끝에 물리학자들은 완전히 새로운 조합의 입자가 존재할 가능성을 확인했습니다.

그것은 바로 6개의 쿼크로 이루어진 입자로, 두 개의  up쿼크, 두개의 down 쿼크 그리고 두개의 strange 쿼크로 이루어진 아주 이상한 조합의 sexaquark라는 가상의 입자죠.

하지만 과학자들은 이러한 sexaquark의 질량을 정확히 예측할 수는 없었습니다.

질량은 입자를 구성하는 개별적인 쿼크의 정확한 배열과 상호 작용에 따라 달라지기 때문인데요.

sexaquark는 6개의 쿼크로 이루어져 있기 때문에, 질량을 예측하기가 더욱 어렵습니다.

 

그렇다면 sexaquark의 안정성은 어떨까요?

과학자들의 계산에 따르면, 입자의 질량이 특정 임계 값 아래로 내려가면 영원히 안정되어 절대로 붕괴되지 않게 된다고 합니다.

흥미롭게도 과학자들은 sexaquark의 질량이 안정된 질량(낮은) 범위 내에 위치하고 있을 것으로 추정하고 있는데요.

이것은 sexaquark가 입자 가속기를 통한 수년 간의 실험에서 과학자들의 눈을 피해 숨어 있었을지도 모른다는 얘기가 됩니다.

 

 

어쩌면 이 세상에는 이미 sexaquark가 존재하고 있을지도 모릅니다.

이 세상이 처음 만들어지던 순간, 즉 빅뱅에 의해서 말이죠.

 

빅뱅의 가장 초기 순간은 강렬한 핵 에너지로 가득차 있었습니다.

당시의 온도와 압력은 원시 쿼크의 바다에서 헬륨과 수소를 만들어 냈고, 그와 동시에 수 많은 아원자 입자들과 sexaquark를 만들어냈을지도 모릅니다.

만약 sexaquark의 질량이 안정된 범위 내에 위치하고 있다면 초기 우주에서 엄청나게 많은 양이 생성되었을 겁니다.

그리고 그 어떠한 것과도 상호작용하지 않고, 다른 어떠한 것으로도 붕괴되지 않았을 겁니다.

이렇게 sexaquark는 우주 초기의 혼란 속에서 끝까지 살아남았을 가능성이 있습니다.

 

그리고 sexaquark는 지금도 여전히 우주에 존재할 수 있죠.

그렇다면 이들은 우주 어딘가에서 아주 오랫동안 질량에 의한 중력을 만들어내고 있었을 겁니다.

여전히 우주를 가득채우고 있으면서 중력을 통해서만 상호작용을 하는 보이지 않는 입자...

맞습니다. 바로 암흑 물질입니다.

 

sexaquark가 정말로 암흑 물질의 실체라면, 실제로도 발견되어야만 합니다.

하지만 그동안의 입자 가속기 실험에서 실제로 발견된 적이 없기 때문에, 과학자들 사이에서 많은 논쟁이 되고 있죠.

그러나 앞서 설명했던 것처럼 sexaquark가 가벼운 질량을 가지고 있고 또 우리가 그것을 찾으려고 한적도 없기 때문에, 그동안 놓쳐왔을 가능성도 있습니다.

그리고 최근에 이와 관련된 논문 이(올해 1월 2일) 드디어 발표 되었습니다.

이 논문에 따르면 아직까지 실험을 통한 sexaquark의 흔적은 발견하지 못했다고 합니다.

 

결국 이렇게 sexaquark는 암흑 물질의 후보에서 배제될 수 밖에 없는 걸까요?

그렇지는 않습니다. sexaquark는 지금의 암흑 물질을 설명할 수 있을 정도로 초기 우주에서 충분한 양이 만들어졌을 가능성이 아직 남아 있기 때문입니다.

과연 sexaquark가 오래된 암흑 물질의 미스터리를 풀어줄 열쇠가 될 수 있을까요?

아직은 그렇지 않습니다. 하지만 가능성은 있습니다.

 

 

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