원자의 핵에서 새로운 입자 발견되었다! 교과서가 바뀔지도 모른다!

쿼크와 글루온

 

원자의 핵에서 새로운 입자가 발견되었습니다.

 

현재까지의 확률은 99.7%이며, 확정된다면 큰 파장이 예상됩니다.

 

당연히 과학 교과서의 내용도 완전히 바뀌게 될 겁니다.

 

 

 

 

세상의 모든 물질들은 원자로 이루어져 있습니다.

 

그리고 원자는 원자 핵과 그 주위를 돌고 있는 전자로 이루어져 있죠.

 

또한 원자의 핵은 이보다 더 작은 입자들로 다시 이루어져 있습니다.

 

바로 양성자와 중성자인데요. 이들이은 서로 뭉쳐져 원자의 핵을 이루게 됩니다.

 

그런데 여기서 끝이 아닙니다. 양성자와 중성자도 더 작은 입자들로 이루어져 있죠.

 

양성자와 중성자는 각각 3개의 쿼크와 이들을 묶고 있는 글루온으로 이루어져 있습니다.

 

 

 

 

 

 

이렇게 쿼크는 물질의  가장 근본적인 입자로서, 총 6개의 종류가 존재하고 있습니다.

 

업(위), 다운(아래), 바텀(바닥), 탑(꼭대기), 스트레인지(기묘) 그리고 참(맵시) 쿼크입니다.

 

양성자는 업 쿼크 두 개와 다운 쿼크 한 개, 중성자는 업 쿼크 한 개와 다운 쿼크 2개를 각각 가지고 있죠.

 

그런데 어쩌면 양성자에는 업 쿼크와 다운 쿼크 이외에도 또 다른 쿼크가 존재할 가능성이 있습니다.

 

최근에 이루어진 양성자의 충돌 실험에서, 예상치 않은 쿼크가 갑자기 튀어나왔기 때문인데요.

 

이 쿼크의 정체는 바로 참(맵시) 쿼크였으며, 반복적으로 나타나고 있었습니다.

 

다만, 이 참 쿼크가 양성자 안에서 나온건지, 아니면 충돌의 영향으로 만들어진 것인지는 알 수가 없었죠.

 

그래서 과학자들은 그동안 진행되었던 약 50만 건의 양성자 충돌 실험 결과를 분석해 봤습니다.

 

그 결과, 참 쿼크가 양성자에서 튀어나왔을 가능성이 매우 높은 것으로 확인되었습니다.

 

이번의 분석 결과가 잘못 되었을 가능성은 고작 0.3%에 불과했죠.

 

 

 

 

그런데 뭔가 이상한 점이 하나 있습니다.

 

사실 참 쿼크 1개의 무게는 양성자 자체의 무게를 훨씬 넘어서고 있습니다.

 

양성자의 질량은 약 9억 4천만 전자볼트이며, 참 쿼크의 질량은 약 15억 전자볼트에 이르죠.

 

양성자보다 더 무거운 입자가 그 안에 들어있는데, 양성자의 질량이 절반 밖에 안된다는 겁니다.

 

예를 들면, 1kg의 상자 안에 1.5kg의 물건이 들어 있는데, 상자의 무게가 1kg이라는 겁니다.

 

매우 모순된 이야기로, 물리학적으로 절대로 일어날 수 없는 상황이라고 할 수 있죠.

 

하지만 양자역학의 세계에서 입자는 확률적으로 존재하기 때문에 이 모순을 피할 수 있습니다.

 

양자역학에서의 입자는 관측이 될 때까지 명확한 상태로 존재하지 않기 때문인데요.

 

쉽게 말해서, 관찰자가 관측을 했을 때 비로소 입자의 상태가 결정이 된다는 겁니다.

 

즉, 양성자를 구성하고 있는 업 쿼크와 다운 쿼크를 비롯해서 참 쿼크도 확률적으로 관측된다는 거죠.

 

그래서 관측되기 이전, 즉, 존재가 불확실한 상태에서 단순히 질량을 더하는 것은 의미가 없습니다.

 

 

 

 

앞에서 양성자에는 두 개의 업 쿼크와 한 개의 다운 쿼크가 존재한다고 설명 했는데요.

 

그 이유는, 업 쿼크와 다운 쿼크가 양성자의 충돌 실험에서 일정 확률로 계속 관측되었기 때문입니다.

 

만약 참 쿼크도 이렇게 계속 관측된다면, 양성자에 참 쿼크가 존재하는 것으로 결론내릴 수 있습니다.

 

양자역학의 세계에서는 모든 것이 불확실하기 때문에, 관측될 확률이 높다는 것은 아주 중요한 근거가 됩니다.

 

그리고 과학자들이 계산한 양성자에 참 쿼크가 존재하고 있을 확률이 99.7%였다는 거죠.

 

그럼에도 불구하고 아직은 완전히 입증되었다는 표현을 사용할 수는 없습니다.

 

지금의 단계에서는, 그럴 가능성이 있어 보인다라는 다소 억제된 표현을 사용할 단계라고 할 수 있는데요.

 

물리학에서 입증되었다라는 표현을 사용하려면 99.9999%의 확률이 되어야하기 때문입니다.

 

 

 

 

이제 과학자들은 최종 결론을 내리기 위한 마지막 단계를 남겨 놓고 있습니다.

 

만약 참 쿼크가 존재한다고 결론 내려지게 되면, 세상의 모든 과학 교과서는 바뀌게 될 겁니다.

 

 

 

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