반물질 연구의 현주소.jpg +200 [14]

우주에는 에너지의 종류가

두가지가 있음

하나는 (화학적)포텐셜 에너지와

운동에너지(키네틱 에너지)

참고로 한국학계에서는 위치에너지 혹은  퍼텐셜 에너지라고 하지만

포텐셜 에너지라고 하겠음

고무줄은 계속 늘려도 원상태로 복귀하려고 함

그러나 팽팽하게 늘린 고무줄의 원자의 결합을 끊으면

핑~!하고 고무줄이 날라감

이게 포텐셜 에너지임

포텐셜 에너지의 대표적인 예시가 바로 불임

나무의 화학적 결합이 파괴 되면서

에너지가 방출됨

방출된 에너지는 빛과 열이 되고

그 빛과 열이 포텐셜 에너지임

운동에너지는 말 그대로

운동에 관한 에너지임

원자를 포함한 모든 물질이 이동하거나 진동하거나 회전하는

그 자체가 운동에너지의 정체임

물분자를 예로들면

수소원자가 진동하는것도 운동에너지고

그에 따라 물분자도 진동을 하는데

이렇게 물 분자들을 한곳에 모으면

이상하게 물 분자마다 진동하는게 다름

그리고 이 물분자의 진동을 평균 낸게 바로 온도임

만약 밀폐된 방안에서 뜨거운 물은 부으면

물 분자는 진동이 활발해지며

물분자가 방안의 공기분자를 진동시켜

방안의 온도는 올라가고

원래 물 분자는 온도가 내려감

여기서 중요한 법칙이 바로 에너지 보존 법칙임

찬물이 뜨거운물이 되는것처럼 에너지의 이동은 가능하지만

총량은 똑같다는 이야기임

이건 우주도 똑같음

어디선가 에너지가 솓아나는게 아니라는거임

그럼 그 에너지들은 어디 있을까?

여기서 나오는게 엠씨스퀘어이다

이 E=mc2의 공식에 따르면

물방울 하나가 갖는 에너지는

약 90조J

이정도면 사실상 원자폭탄급이다

여기서 과학자들은 생각을 했습니다

에너지를 많이 모으면

물질이 될 수 있지 않을까??

그렇게 과학자들은 입자 가속기를 통해

에너지를 물질로 만들었음

그것이 바로 소립자임

아무튼 이렇게 소립자를 만들기 위해 충돌실험을 하던중

전자와 함께 이상한게 튀어나옴

보통 전자는 부(마이너스)의 전하를 띄고 있는데

얘는 양(플러스)의 전하를 가지고 있는 거임

그래서 이름을 양전자라고 붙임

그리고 이녀석을 반입자라고 규정해버림

여기서 과학자들은 또 한번 생각함

 

어? 이거 혹시 모든 소립자는 반입자가 있는거 아니야?

그리고 소립자로 구성된 모든 원자는 사실 반입자로 구성 된

반물질이 존재하는게 아닌가?

근데 과학자들은 금새 절망해버림

왜냐하면 반물질을 만드는데에는

입자가속기가 만드시 필요하고

만드는데에도 반물질을 물질로 고정하기 위해 반물질이 가지고 있는 에너지의

수십억배에 해당하는 에너지가 필요하단 사실을 깨달았음

이는 입자가속기가 채산성 때문에 금을 안만드는 이유랑 똑같음

그치만 과학자들은 포기를 안했음

우주 어딘가에는 반물질이 존재하지 않을까??

그걸 알기위해 과학자들은 우주 탄생인 빅뱅부터

살펴보기 시작했음

우주 탄생 후 얼마 뒤

에너지에서 소립자가 생겨나기 시작함

동시에 반입자도 생겨남

생성된 소립자와 반입자는 딱 5:5

탄생 초기 우주는 정확히 5:5의 비율로 소립자와 반입자들이 생성되고

에너지로 변환되어 버리기 시작

이 에너지는 전자파로 방출되어

마이크로파 정도로 파장이 늘어지고

우주배경복사에 그 흔적을 박아버림

따라서 우주가 탄생할때 만들어진 반물질은

모두 소멸해 버렸다고 과학자들은 깨달았다

근데 왜 물질은 살아 남았지???

왜 은하가 있고 별이 있느냔 말이냐!

여기서 과학자들은

물질이 반물질보다 10억개중 1개 꼴로 물질이 더 많았다는 사실을 관측함

이게 cp대칭성 붕괴임

이 현상에 대해 도대체 왜 일어나는지

과학자들이 증명하려고 이론을 만들었는데

그게 바로 고바야시-마스카와 이론임

이 이론은 행렬을 이용해서 cp대칭성 붕괴를 설명했음

이 이론은 나중에 노벨상은 같이 못 받았지만

카비보 박사가 10년전에 더 먼저 증명한 적이 있어서

현재는 CKM이론 혹은 CKM행렬이라고 부름

 

수십가지의

CP대칭성 깨짐 증거를 발견해 냄

참고로 여기서 CP대칭성 깨짐을

증명했던 녀석이

바로 케이온이다

진짜임...

근데 문제가 발생했음

관측결과랑 계산결과가 맞지를 않는거임

이론을 기준으로 아무리 계산해도 물질이 100억개중 1개꼴이라고 설명할 수 밖에 없게 됨

그렇다

관측결과가 이론보다 자리수가 하나 더 낮다

여기까지가 현대 물리학자들이 밝혀낸 반물질의 역사임