이에 많은 사람들이 힉스 입자에 대한 이야기를 하지만 쉽게 설명한 것은 거의 없더군요. 그런데 뉴욕 타임즈가 일반인도 쉽게 이해할 수 있는 힉스 입자에 대한 설명을 도식화 한 이미지로 소개 했습니다.
이 기사 내용을 힉스 입자에 대한 궁금증이 있는 분들을 위해서 소개 합니다
힉스 입자란 무엇일까?
힉스 입자란 무엇일까?
힉스 장이란 무엇일까?
이 힉스 입자는 눈에 보이지 않기 때문에 많은 사람들이 이 힉스 입자를 설명 할 때 다른 것에 비유해서 설명을 합니다.
힉스 입자는 공간을 통과해서 물건을 당기는 성질 즉 중력의 특징이 있기 때문에 흔히 우주 당밀로 묘사합니다. 당밀은 끈적끈적한 설탕이라고 보시면 됩니다.
그러나 이번에는 눈으로 힉스 입자를 설명해 보겠습니다.
스키를 타는 사람은 스키가 없는 사람 보다 저항을 받지 않고 눈 위를 질주 할 수 있습니다.
스노우 슈즈를 신은 여자분도 눈에 빠지지 않고 걸을 수 있지만 느리게 걷게 됩니다.
무거운 부츠를 신은 남자도 매 걸음 걸음 마다 터벅 터벅 힘겹게 눈 위를 걷게 됩니다.
그러나 하늘을 나는 새는 눈에 빠지지 않기 때문에 눈이 오던 안 오던 빠르게 날 수 있습니다. 쌓인 눈과 직접적으로 접촉하지 않기 때문입니다.
하늘에서 내리는 눈은 힉스 입자이고 눈이 내려서 쌓인 눈은 힉스 장(필드)와 비슷합니다.
힉스 장과 상호 작용하는 물체는 질량을 자기게 됩니다.
스키어는 내린 눈 위를 빠르게 질주 할 수 있습니다. 이 스키어는 전자입니다. 전자는 힉스 장(쌓인 눈)위를 아주 빠르게 질주 하는데 빠르게 질주 하면 적은 질량을 얻게 됩니다.
양성자와 중성자를 만드는 쿼크는 스노우부츠를 신은 여자분과 같습니다. 그냥 일반 부츠보다는 눈에 빠지지 않고 눈위를 걸을 수 있지만 스키어보다는 느리기 때문에 큰 질량을 갖게 됩니다.
W보손과 Z보손은 쌓인 눈(힉스 장)길을 무거운 부츠를 신고 걷는 사람으로 수천 배나 큰 질량을 갖게 됩니다.
광자(포톤)과 글루온(중성자를 이루는 쿼크를 묶는 글루 같은 역할을 하는 소립자) 는 눈 위를 나는 새와 같이 쌓인 눈에 접촉하지 않기 때문에 빠르게 날 수 있으며 때문에 질량이 없습니다.
50년 전, 물리학에서는 왜 질량이 있는 물질과 질량이 없는 물질이 존재하는지 알 수 없었습니다.
그래서 나온 이론이 바로 힉스 입자입니다. 즉, 질량에 관여하는 뭔가가 있다고 생각한 것이죠
힉스 입자는 하늘에서 춤추듯 내려오는 눈송이처럼 사라지고 쉽게 잃어버리기 쉽습니다.
이후, 힉스 입자에 대한 연구가 시작 되었습니다
힉스 입자 연구는 직접 눈으로 보지 못한 눈송이 같았습니다.
그러나 지금 녹은 눈 속에서 아주 조금 형태가 남아 있는 눈 결정을 발견 합니다.
힉스 입자는 눈으로 볼 수 없습니다
또한, 힉스 장과 힉스 입자를 감지할 센서도 아직까지는 없습니다.
50년 동안 물리학자들은 더 크고 강력한 입자 가속기를 개발해 왔습니다.
CERN(유럽입자물리연구소)에는 세계에서 가장 큰 입자 가속기가 있습니다. 이 입자 가속기에서 양성자를 빛의 속도까지 가속시킵니다.
그리고 양성자끼지 충돌 시켜서 폭발을 시킵니다. 양성자는 소멸하는 대신에 엄청난 에너지가 방출 됩니다.
아인슈타인은 질량은 에너지라고 하는 저 유명한 공식은 E=MC2를 세상에 선보였습니다. 또한, 에너지는 파괴되지 않는다고 말하고 있습니다.
양성자 끼리의 충돌은 에너지를 방출하고 작은 질량의 변화를 가져옵니다. 그리고 많은 새로운 입자가 생겨납니다.
CERN의 가속기는 하전 입자(전기적 특징을 가진 입자, 전자, 양성자)를 가속시켜서 충돌 시킵니다.
초당 수백만 번, 또는 수천 만 번의 충돌을 계속 시킵니다.
그 이유는 무언가가 일어날 것을 목격하는 것은 매우 드문 일이기 떄문입니다.
수십억 번의 충돌 중 단 한 번만 힉스 입자가 모습을 보였습니다
하지만 그 순간을 직접 센서가 감지할 수 없었습니다. 아직 샴페인을 터트리는 것을 용인하지 않네요
힉스 입자는 불안정하고 즉시 분열 합니다.
하전입자 충돌을 수 조번을 충돌 한 후에 힉스 입자의 흔적이 통계적으로 나올 확율이 높기에 수 조번의 하전입자 충돌을 시켰습니다.
그리고 얼마 전에 지금까지 그 존재가 확인 되지 않았던 힉스 입자에 대한 존재가 유의미한 데이터로 확인이 되었습니다.
피터 힉스 박사는 이 힉스 입자 존재 확인으로 노벨 물리학상을 받게 됩니다.
이론이 현실이 되었네요. 힉스 입자는 중력에 관한 입자이기 때문에 이걸 인간이 콘트럴 할 수 있게 된다면 솜털 보다 가벼운 강철을 만들 수 있다고 하네요.
힉스 입자에 대한 내용은 http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=20&contents_id=155 에서도 읽을 수 있습니다.
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김동렬
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까뮈
저도 뭔지?해서 퍼왔습니다.
김동렬
장은 무한이고 입자는 유한입니다. 무한이면 곤란한 거죠. 광속이 무한이면 질량이 무한이 된다든가 하는.
과학은 무한에 제한을 가하여 유한으로 바꿔가는 과정입니다. 무한은 없다고 봐야 합니다. 예컨대 시간이 과거로 무한하다는 식이면 도망가기 좋은 핑계입니다.
우주 안에 무한은 없다는 대전제를 받아들여야 합니다. 개미들 입장에서는 지구의 크기가 무한대이겠지만. 인간이 개미는 아니잖아요.
예컨대 가로세로높이 10센티의 입방체가 있다면 그 안에는 유한 개의 포지션이 있는 겁니다. 무한을 유한으로 바꾸는 방법은 파동을 설정하는 것입니다.
파동은 대칭성을 가지기 때문입니다. 가로세로높이 10센티의 입방체에 한 개의 파동이 있다고 설정한 다음 다시 그 하나를 계속 1/2씩 쪼개가면 됩니다.
입자는 파동의 한 가지 형태로 봐야 합니다. 파동의 딜레마는 상쇄된다는 것입니다. 대칭되는 파동이 있으면 사라져 버립니다.
1미터의 끈 한쪽을 고정시키고 다른 쪽을 흔들면 파동이 만들어지는데 끈을 잡아당기면 파동은 사라집니다.
입자는 사라지지 않는 특수한 파동으로 봐야죠. 레고가 질량을 가지는 이유는 돌기들 때문입니다. 파동에 돌기가 생긴 것이 입자라는 거죠.
힉스입자 역시 대칭성 때문에 사라졌습니다. 파동이 다른 파동을 흡수하려면 주파수가 같아야 합니다. 주파수를 다르게 하려면 특별히 무거운 입자가 있어야 하고 그래서 힉스입자인 거죠.
하여간 딱총화약을 만들 때나, 별사탕을 만들 때는 걸죽한 상태(힉스장), 핵으로 투입되는 좁쌀(힉스입자), 결정적으로 외부에서 흔들어줘야 합니다.
이런 이야기를 하는 이유는 위 그림이 1/100도 설명을 안했다는 점을 나타내기 위해서입니다. 가마솥에 설탕물을 넣은 다음 좁쌀을 뿌리고 불을 지핀 상태에서 7시간 저어주면 별사탕이 생긴다는 정도 수준입니다. 그건 다 알잖아요.
김동렬
눈은 왜 이런 모양이 된다고 생각하시오?
하여간 평면의 납작함을 면하지 못하는게 눈 입자의 특징.
눈 자체가 가지는 어떤 주파수가 있고
그 주파수는 주로 눈의 온도나 바람의 세기가 결정할 것이며
그 주파수가 가지는 파동의 형태를 따라 대칭을 이루며 눈은 전개해 가는 것입니다.
그냥 자라는게 아니라 밸런스를 맞춰간다는 거.
어릴 때 땅따먹기를 해 본 분은 알건데
일단 돌기를 만들고 다시 그 사이를 메꾸는 선돌후메법을 씁니다.
디스코 팡팡이라고 보면 될듯.
이 만화를 보고
알아낼 수 있는 것은 몇 가지 입자들의 이름 뿐일듯 하오.