기본 입자
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1. 개요
기본 입자는 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 기본 구성 요소를 말한다. 원자론에서 시작하여 원자, 원자핵, 그리고 쿼크와 렙톤과 같은 소립자로 이어지는 발견을 통해 기본 입자에 대한 이해가 발전해 왔다. 모든 기본 입자는 스핀, 반전성, 전하켤레대칭, 질량 등의 양자수를 가지며, 스핀에 따라 페르미온과 보손으로 분류된다. 표준 모형은 이러한 기본 입자와 상호작용을 설명하며, 쿼크와 렙톤, 게이지 보손, 힉스 보손으로 구성된다. 표준 모형 너머의 물리학에서는 대통일 이론, 초대칭, 끈 이론, 테크니컬러 이론, 프리온 이론, 액셀러론 등 다양한 이론을 통해 표준 모형의 한계를 극복하려는 시도가 이루어지고 있다.
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| 기본 입자 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 정의 | 더 이상 나눌 수 없는 입자 |
| 하위 구조 | 없음 |
| 분류 | 페르미온과 보손 |
| 입자 종류 | 쿼크 렙톤 게이지 보손 힉스 보손 |
| 역사 | |
| 개념 등장 | 19세기 후반 |
| 초기 연구 | 전자의 발견 양성자의 발견 중성자의 발견 |
| 표준 모형 확립 | 20세기 후반 |
| 페르미온 | |
| 구성 | 물질을 구성하는 입자 |
| 종류 | 쿼크: 업 쿼크, 다운 쿼크, 참 쿼크, 스트레인지 쿼크, 톱 쿼크, 보텀 쿼크 렙톤: 전자, 뮤온, 타우, 전자 중성미자, 뮤온 중성미자, 타우 중성미자 |
| 보손 | |
| 구성 | 힘을 매개하는 입자 |
| 종류 | 광자 글루온 W보손 Z보손 힉스 보손 |
| 질량과 에너지 | |
| 질량 | 힉스 보손과의 상호작용으로 획득 |
| 에너지 | 입자 운동과 질량에 의해 결정 |
| 상호작용 | |
| 종류 | 강력 약력 전자기력 중력 |
| 매개 입자 | 각 상호작용에 대응하는 보손이 존재 |
| 연구 | |
| 주요 도구 | 입자 가속기 |
| 주요 연구 기관 | CERN 페르미 국립 가속기 연구소 |
| 참고 문헌 | |
| 추가 정보 | 노벨 물리학상 웹사이트 |
2. 역사
데모크리토스의 원자론에서 시작된 기본 입자 개념은 화학과 물리학의 발전을 거치며 변화했다. 처음에는 원자가 기본 입자로 여겨졌으나, 어니스트 러더퍼드에 의해 원자는 전자와 원자핵으로, 원자핵은 다시 양성자와 중성자로 구성됨이 밝혀졌다. 이후 양성자와 중성자는 쿼크와 글루온으로 이루어져 있다는 간접적 증거가 발견되었으나, 전자와 쿼크의 내부 구조는 아직 밝혀지지 않았다.
20세기 초, 양자 개념과 양자역학의 발전으로 기본 입자에 대한 이해가 깊어졌다. 하드론, 중간자 등의 발견과 보손, 페르미온의 관측이 이루어졌다. 기본 입자는 따르는 통계에 따라 페르미온(쿼크, 렙톤)과 보손(게이지 입자, 힉스 입자)으로 나뉜다. 중력을 매개하는 중력자는 아직 발견되지 않았다.
기본 입자의 크기는 아직 알려지지 않았으며, 표준 모형에서는 크기가 없는 점입자로 다루지만, 플랑크 길이 스케일 이하에서는 공간의 연속성 여부가 불분명하여 점입자로 다룰 수 없을 가능성도 있다. 초끈 이론에서는 모든 기본 입자를 유한한 크기를 가진 끈의 진동 상태로 본다. 우리가 보는 물질이 유한한 크기를 갖는 이유는 여러 기본 입자가 운동하는 영역이 하드론이나 원자 등을 구성하기 때문이다.
대부분의 기본 입자는 자연계에 단독으로 존재하지 않아 우주선 관측이나 가속기를 이용한 생성 반응을 통해 연구된다. 소립자 물리학은 기본 입자의 성질을 실험과 이론으로 연구하고, 이론적으로 예측되는 입자를 실험으로 찾는 것을 목표로 한다.
2. 1. 고대 원자론
역사적으로, 데모크리토스는 만물이 연속적이지 않고, 더 이상 나눌 수 없는 알갱이로 만들어졌다고 주장하였다(원자론).[1] 그는 이 가설적인 알갱이를 원자라고 불렀다.[1]2. 2. 원자의 발견과 구조 규명
역사적으로, 데모크리토스는 만물이 더 이상 나눌 수 없는 알갱이로 만들어졌다고 주장하는 원자론을 펼쳤다. 그는 이 가설적인 알갱이를 원자라고 불렀다. 이후 화학의 발전에 따라, 화학적인 과정으로 더 이상 쪼갤 수 없는 알갱이를 원자라고 부르게 되었다. 그러나 이후 각종 물리적인 방법으로 원자를 쪼갤 수 있다는 사실이 발견되었다. 어니스트 러더퍼드는 원자가 전자와 원자핵으로 만들어졌다는 사실을 밝혔으며, 이후 원자핵 또한 양성자와 중성자로 구성된다는 사실이 밝혀졌다. 그 후, 양성자와 중성자마저 쿼크와 글루온이라는 소립자로 이루어졌다는 간접적인 증거가 발견되었다. 아직까지 전자와 쿼크는 내부 구조를 가진다는 증거가 없다.2. 3. 양자역학과 표준 모형의 등장
양자 개념에 의해 발전된 전자기파에 대한 지식이 축적되고 양자역학이 정립되면서 20세기 초 기본 입자에 대한 아이디어가 급격히 발전하였다. 기본 입자 발견은 원자핵을 이루는 양성자, 중성자 등의 하드론과 중간자 같은 하드론의 물리적 특성에 의해 예견되었으며 이후 보손과 페르미온의 관측이 이루어졌다.[1]
기본 입자는 그것이 따르는 통계에 따라 두 종류로 분류되며, 페르미 통계를 따르는 입자를 페르미온, 보즈 통계를 따르는 입자를 보손이라고 한다. 현재 존재가 알려진 페르미온은 쿼크와 렙톤으로 분류된다. 한편, 현재 알려진 보손에는 소립자 간의 상호 작용을 전달하는 게이지 입자와, 소립자에 질량을 부여하는 힉스 메커니즘과 관련하여 나타나는 힉스 입자가 있다. 게이지 입자 중, 중력을 매개한다고 여겨지는 중력자(그라비톤)는 아직 발견되지 않았다.[1]
3. 기본 입자의 성질
모든 기본 입자는 푸앵카레 군의 표현을 따르며, 스핀(J), 반전성(P), 전하켤레대칭(C), 질량(m) 등의 양자수를 갖는다. 스핀-통계 정리에 따라, 기본 입자는 정수 스핀을 갖는 보손과 반정수 스핀을 갖는 페르미온으로 분류된다.
와인버그-위튼 정리에 의하여, 특수한 경우를 제외하고는 스핀이 0(스칼라 보손 또는 유사 스칼라 보손), ½(페르미온), 또는 1(벡터 보손)이다. 여기서 특수한 경우는 스핀 1½의 초중력자와 스핀 2의 중력자이다.
기본 입자는 다른 대칭을 표현하는 경우, 전하, 색, 약한 아이소스핀, 약한 초전하 등의 양자수를 추가로 가질 수 있다. 예를 들어, 렙톤과 쿼크는 페르미온이고, 게이지 보손은 벡터 보손이다. 히그스 보손은 스칼라 보손일 것으로 예측된다.
소립자의 분류는 이론에서의 역할에 기반하여 크게 나뉘며, 소립자 간의 게이지 상호작용을 매개하는 '''게이지 보손''', 힉스 메커니즘과 관련된 '''힉스 보손''', 물질을 구성하는 '''물질 입자'''(matter particle, matter fermion영어)가 있다. 초대칭을 갖는 이론에서는 초대칭 입자(super partner영어)가 도입된다.
3. 1. 스핀과 통계
모든 기본 입자는 보손이거나 페르미온이다. 이들은 양자 통계에 따라 구분된다. 페르미온은 페르미-디랙 통계를 따르고, 보손은 보스-아인슈타인 통계를 따른다.[9] 스핀-통계 정리에 의해, 정수 스핀의 입자는 보스-아인슈타인 통계를 따르는 보손이며, 반정수 스핀의 입자는 페르미-디랙 통계를 따르는 페르미온이다. 이들의 스핀은 스핀-통계 정리를 통해 구분되는데, 페르미온은 반정수이고 보손은 정수이다.소립자에 국한되지 않는 입자의 분류로는, 로렌츠 변환 하에서의 변환성을 나타내는 스핀에 따라 크게 분류되며, 스핀 0으로 스칼라로 변환하는 스칼라 입자, 스핀 1로 벡터로 변환하는 벡터 입자, 스핀 1/2로 스피너로 변환하는 스피너 입자 등이 있다.
3. 2. 양자수
모든 기본 입자는 푸앵카레 군의 표현을 이룬다. 이에 따라 모든 기본 입자는 네 가지의 양자수, 즉 스핀 (J), 반전성 (P), 전하켤레대칭성 (C), 질량 (m)을 가진다. 이 중 P와 C는 ±1이고, 스핀은 정수 또는 반정수의 값을 가진다. 오직 질량만이 임의의 양의 실수나 0의 값을 가질 수 있다.[13] 이 밖에도 입자가 다른 대칭을 표현하면(즉 게이지 보손과 상호작용하면) 이에 따른 양자수를 가진다. 예를 들어, 전자기 상호작용을 하는 입자는 전자기력의 U(1) 대칭에 따라 전하라는 양자수를 가지고, 색력으로 상호작용하는 입자는 색이라는 양자수, 약력으로 상호작용하는 입자는 약한 아이소스핀과 약한 초전하라는 양자수를 가진다.4. 표준 모형
표준 모형은 현재까지 알려진 기본 입자들과 그 상호작용을 가장 잘 설명하는 이론이다. 표준 모형은 강력, 약력, 전자기력의 힘을 통합하여 설명한다.[9]
표준 모형에는 12 종류의 기본 페르미온과 12 종류의 기본 보손, 이들 각각에 대한 반입자, 그리고 2012년 발견된 힉스 보손이 있다. 모든 기본 입자는 보손이거나 페르미온이며, 이들은 양자 통계에 따라 구분된다. 페르미온은 페르미-디랙 통계를 따르고, 보손은 보스-아인슈타인 통계를 따른다.[9] 스핀은 스핀-통계 정리를 통해 구분되는데, 페르미온은 반정수이고 보손은 정수이다.
표준 모형은 매우 성공적인 이론이지만, 중력을 포함하지 않고 일부 매개변수가 임의로 추가되었다는 한계가 있다.[10] 중력자와 같이 표준 모형에서 설명되지 않는 가상의 기본 입자가 있을 수 있다.[12]
표준 모형에서 기본 입자는 점입자로 표현되지만, 플랑크 길이 스케일에서는 공간이 연속적인지 이산적인지는 밝혀지지 않았다. 초끈 이론에서는 모든 기본 입자는 유한한 크기를 가진 끈의 진동 상태라고 여겨진다.
기본 입자는 따르는 통계에 따라 페르미온과 보손으로 분류되며, 현재 알려진 페르미온은 쿼크와 렙톤으로 분류된다. 보손에는 소립자 간의 상호 작용을 전달하는 게이지 입자와 힉스 입자가 있다. 게이지 입자 중 중력자는 아직 발견되지 않았다.
소립자의 분류는 이론에서의 역할에 기반하며, 소립자 간의 게이지 상호작용을 매개하는 게이지 보손, 힉스 메커니즘과 관련된 힉스 보손, 물질을 구성하는 물질 입자 (matter particle, matter fermion영어)가 있다.
4. 1. 페르미온
표준 모형에는 12종류의 기본 페르미온이 있으며, 이들은 쿼크와 렙톤으로 분류된다.[9] 각 페르미온은 그에 대응하는 반입자를 가진다.12개의 기본 페르미온은 4개의 입자로 구성된 3개의 세대로 나뉜다. 페르미온의 절반은 렙톤이며, 그 중 3개는 -1의 전하를 갖는 전자(e), 뮤온(μ), 타우(τ)이다. 나머지 3개의 렙톤은 중성미자(전자 중성미자(νe), 뮤온 중성미자(νμ), 타우 중성미자(ντ))이며, 전하와 색전하를 모두 갖지 않는 유일한 기본 페르미온이다.
표준 모형에서 페르미온 외에 예측되는 기본 입자로는 게이지 보손과 힉스 보손이 있다.
4. 1. 1. 쿼크
쿼크는 색전하를 가지며 강한 상호작용을 하는 기본 페르미온이다. 색 가둠 현상 때문에 쿼크는 단독으로 존재하지 않고, 하드론이라는 입자 형태로만 존재한다. 하드론은 바리온(세 개의 쿼크) 또는 메손(쿼크 하나와 반쿼크 하나)으로 구성된다. 양성자와 중성자는 바리온의 예시이며, 이들은 글루온에 의해 결합되어 원자핵을 구성한다.[9]쿼크는 총 여섯 종류가 있으며, 이들은 세 개의 세대로 나뉜다. 각 세대는 전하 +2/3을 갖는 '위 쿼크 계열'(업, 참, 톱)과 전하 -1/3을 갖는 '아래 쿼크 계열'(다운, 스트레인지, 바텀)로 구성된다. 각 쿼크는 그에 대응하는 반입자인 반쿼크를 가진다.
| 쿼크 종류 | 기호 | 전하량 | 반입자 |
|---|---|---|---|
| 업 | u | +2/3 | 반업 쿼크 |
| 다운 | d | -1/3 | 반다운 쿼크 |
| 참 | c | +2/3 | 반참 쿼크 |
| 스트레인지 | s | -1/3 | 반스트레인지 쿼크 |
| 톱 | t | +2/3 | 반톱 쿼크 |
| 바텀 | b | -1/3 | 반바텀 쿼크 |
쿼크의 질량은 양자색역학에 따라 다르게 추정된다. 쿼크는 항상 글루온과 함께 하드론 안에 갇혀 있기 때문에 직접 측정하기 어렵다. 아래 표는 쿼크 질량 추정치를 나타낸다.
| 쿼크 | 질량 (MeV/c²) | 추정 기법 |
|---|---|---|
| 업 | MSbar 기법 | |
| 다운 | MSbar 기법 | |
| 스트레인지 | MSbar 기법 | |
| 참 | MSbar 기법 | |
| 바텀 | MSbar 기법 | |
| 톱 | 온쉘 기법 |
4. 1. 2. 렙톤
표준 모형에서 렙톤은 강한 상호작용을 하지 않는 기본 입자이다. 렙톤에는 6가지 종류가 있는데, 전자(e), 뮤온(})(), 타우(tau|타우영어})()는 -1의 전하를 가지며, 전자 중성미자(electron neutrino|전자 중성미자영어)(νe), 뮤온 중성미자(muon neutrino|뮤온 중성미자영어)(νμ), 타우 중성미자(tau neutrino|타우 중성미자영어)(ντ)는 전하를 가지지 않는다.[10]
전자는 원자의 구성 요소로 잘 알려져 있으며, 전자의 반입자는 양전자라고 불린다.[10] 중성미자는 표준 모형의 범위에서는 반입자의 존재가 필연적이지 않다.
4. 1. 3. 세대
표준 모형에서 쿼크와 렙톤은 세대별로 분류되며, 세대가 클수록 질량이 큰 경향이 있다.| 전하 | 1세대 | 2세대 | 3세대 | |
|---|---|---|---|---|
| 쿼크 | +2/3 | 업쿼크 (u) | 참쿼크 (c) | 톱쿼크 (t) |
| -1/3 | 다운쿼크 (d) | 스트레인지쿼크 (s) | 바텀쿼크 (b) | |
| 렙톤 | 0 | 전자 중성미자 (νe) | 뮤온 중성미자 (νμ) | 타우 중성미자 (ντ) |
| -1 | 전자 (e) | 뮤온 (μ) | 타우 (τ) |
4. 2. 보손
표준 모형에서 보손은 힘을 매개하는 게이지 보손과 질량을 부여하는 힉스 보손으로 나뉜다.[9] 보손은 여러 개가 동일한 양자 상태를 점유할 수 있다는 점에서 페르미온과 다르며(파울리 배타 원리 참조),[10] 광자처럼 기본 입자일 수도, 메손처럼 복합 입자일 수도 있다. 보손의 스핀은 정수이다.표준 모형에서 게이지 보손은 힘을 매개하는 벡터(스핀-1) 보손이고, 힉스 보손은 입자의 고유 질량을 담당하는 스칼라(스핀-0) 보손이다.
4. 2. 1. 게이지 보손
게이지 보손은 기본 입자 간의 상호작용을 매개하는 입자이며, 이론이 가지는 게이지 대칭성에 대응하는 입자가 도입된다. 표준 모형에서 게이지 입자는 벡터 입자이다.- 광자(포톤): 전자기 상호작용을 매개하는 게이지 입자로, 감마선의 정체이며 γ로 표기되는 경우가 많다.
- 약력 보손: 약한 상호작용을 매개하는 게이지 입자로, 질량을 가진다.
- W보손: 전하 ±1을 갖는 약력 보손으로, 베타 붕괴를 일으키는 게이지 입자이다. W+, W-로 표기되며, 서로 반입자 관계에 있다.
- Z보손: 전하를 갖지 않는 약력 보손으로, 와인버그-살람 이론에 의해 예측되었고, 이후 발견되었다. Z0으로 쓰이기도 한다.
- 글루온: 강한 상호작용을 매개하는 게이지 입자로, 색 SU(3) 하에서 8종류가 존재한다(8중항).
- X보손과 Y보손: 조르주-글래쇼 모형에서 도입되는 미발견 게이지 입자이다.
- 중력자(그라비톤): 중력을 매개하는 미발견 게이지 입자로, 스핀 2의 텐서 입자로 생각된다.
4. 2. 2. 힉스 보손
'''힉스 보손'''(Higgs boson영어)은 입자에 질량을 부여하는 역할을 하는 스칼라 보손이다.[9] 표준 모형에서 기본 입자는 예측 유용성을 위해 점입자로 표현되지만, 표준 모형은 중력을 포함하지 않고 일부 매개변수가 임의로 추가되어 설명되지 않는 한계가 있다.[10]표준 모형에서 힉스 보손(스핀-0)은 입자의 고유 질량을 담당하며, 여러 보손이 동일한 양자 상태를 점유할 수 있다는 점에서 페르미온(파울리 배타 원리)과 다르다. 보손은 광자와 같이 기본 입자일 수도 있고, 메손과 같이 복합 입자일 수도 있으며, 스핀은 반정수가 아닌 정수이다.
힉스 메커니즘에 의해 게이지 대칭성이 자발적으로 깨진 후 남는 입자가 힉스 입자이다. 힉스 입자는 글래쇼-와인버그-살람 모형에서 전약 대칭성을 깨는 힉스 이중항을 가리키는 경우가 많지만, 힉스 삼중항이나 대통일 이론의 게이지 대칭성을 깨는 힉스 입자 등도 포함한다.
5. 표준 모형 너머의 물리학
표준 모형은 많은 현상을 성공적으로 설명하지만, 몇 가지 한계점을 가지고 있다. 표준 모형은 중력을 포함하지 못하며, 일부 매개변수가 임의적이라는 문제가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 이론들이 제시되고 있다.
실험적 증거를 통해 표준 모형에서 예측한 내용이 대부분 확인되었지만, 일부 설명되지 않는 매개변수들은 여전히 수수께끼로 남아있다. 예를 들어 계층 문제가 존재한다. 표준 모형 너머의 이론들은 이러한 단점들을 해결하고자 한다.
기본 입자는 따르는 통계에 따라 페르미온과 보손 두 종류로 분류된다. 페르미온은 쿼크와 렙톤으로, 보손은 게이지 입자와 힉스 입자로 구성된다. 게이지 입자 중 중력을 매개하는 중력자는 아직 발견되지 않았다.
기본 입자의 크기는 아직 명확히 밝혀지지 않았으며, 크기가 없는 점입자라는 이론과 매우 작지만 유한한 크기를 가진다는 이론이 존재한다. 표준 모형에서는 기본 입자를 점입자로 다루며, 현재까지 실험 결과와 모순되지 않는다. 그러나 플랑크 길이 스케일에서는 공간의 연속성 여부가 불분명하여 점입자로 다룰 수 없는 경우가 발생할 수 있다.
초끈 이론에서는 모든 기본 입자가 유한한 크기를 가진 끈의 진동 상태라고 설명한다. 우리가 보는 물질이 유한한 크기를 가지는 이유는 여러 기본 입자들이 운동하는 유한한 영역이 하드론이나 원자와 같은 크기를 가진 입자를 구성하기 때문이다.
대부분의 기본 입자는 자연계에 단독으로 안정적으로 존재하지 않기 때문에, 우주선 관측이나 가속기를 이용한 생성 반응을 통해 발견 및 연구된다. 소립자 물리학은 기본 입자의 다양한 성질을 실험적으로 조사하고 이론적으로 체계화하며, 이론적으로 예측되는 기본 입자를 실험으로 탐색하는 것을 목표로 한다.
5. 1. 대통일 이론 (GUT)
표준 모형의 한 확장은 약전자기 상호작용과 강한 상호작용을 '대통일 이론'(GUT)으로 통합하려는 시도이다. 이러한 힘은 자발적으로 깨져 힉스 유사 메커니즘에 의해 세 가지 힘으로 나뉜다. 이러한 붕괴는 고에너지에서 발생하는 것으로 이론화되어 실험실에서 통합을 관찰하기 어렵게 만든다. 대통일의 가장 극적인 예측은 X 보손 및 Y 보손의 존재이며, 이는 양성자 붕괴를 일으킨다. 그러나 슈퍼-카미오칸데 중성미자 관측소에서 양성자 붕괴가 관측되지 않은 것은 SU(5)와 SO(10)를 포함한 가장 단순한 GUT를 배제한다.5. 2. 초대칭 (Supersymmetry)
초대칭은 라그랑주량에 또 다른 종류의 대칭을 추가하여 표준 모형을 확장한다. 이러한 대칭은 페르미온 입자와 보손 입자를 서로 바꾼다. 이러한 대칭은 슬렙톤, 스쿼크, 뉴트랄리노, 차지노를 포함하는 초대칭 입자(약칭 ''초입자'')의 존재를 예측한다. 표준 모형의 각 입자는 스핀이 보통 입자와 1/2만큼 다른 초대칭짝을 가질 것이다. 초대칭 깨짐 때문에 초입자는 보통 입자보다 훨씬 무겁다. 현존하는 입자 가속기는 이들을 생성할 만큼 강력하지 않을 정도로 무겁다. 일부 물리학자들은 CERN의 거대 강입자 충돌기에서 초입자를 검출할 수 있을 것이라고 믿고 있다.5. 3. 끈 이론 (String Theory)
끈 이론은 물질을 구성하는 모든 "입자"가 플랑크 길이 크기의 끈으로 이루어져 있으며, 이 끈들은 11차원(주요 이론인 M이론에 따름) 또는 12차원(F이론[17]에 따름) 우주에 존재한다는 물리학 모델이다. 이러한 끈들은 서로 다른 진동수로 진동하며, 그 진동수에 따라 질량, 전하, 색전하, 스핀이 결정된다. "끈"은 열린 끈(선)이거나 닫힌 끈(1차원 구면, 즉 원)일 수 있다. 끈이 공간을 통과하면서 쓸고 지나가는 것을 ''세계면''이라고 한다. 끈 이론은 1차원에서 10차원까지의 브레인(1-브레인은 끈이고, 10-브레인은 10차원 물체임)을 예측하는데, 이 브레인들은 불확정성 원리를 이용하여 공간의 "구조"에 찢어짐이 생기는 것을 방지한다.끈 이론은 우리 우주가 단지 4-브레인이며, 그 안에 우리가 관측하는 3차원 공간과 1차원 시간이 존재한다고 제안한다. 나머지 7개의 이론적 차원은 매우 작게 말려 있거나 우리 우주에 존재하지 않거나 존재할 수 없다.
끈 이론의 몇 가지 예측으로는 기본 끈의 진동 여기로 인해 일반적인 입자의 매우 무거운 대응 물질이 존재한다는 것과 중력자처럼 작용하는 질량 없는 스핀-2 입자가 존재한다는 것이 있다.
초끈 이론에서는 모든 기본 입자는 유한한 크기를 가진 끈의 진동 상태라고 여겨진다.
6. 우주에서의 기본 입자
현재 빅뱅 핵합성 모델에 따르면, 우주 가시 물질의 원시 구성비는 질량으로 약 75%의 수소와 25%의 헬륨-4이다. 중성자는 업 쿼크 하나와 다운 쿼크 두 개로 구성되며, 양성자는 업 쿼크 두 개와 다운 쿼크 하나로 구성된다. 다른 일반적인 기본 입자들(예: 전자, 중성미자 또는 약한 보손)은 원자핵에 비해 너무 가볍거나 너무 드물기 때문에 관측 가능한 우주의 총 질량에 대한 질량 기여는 무시할 수 있다. 따라서 관측 가능한 우주의 가시 질량 대부분은 양성자와 중성자로 구성되어 있으며, 이들은 모든 바리온과 마찬가지로 업 쿼크와 다운 쿼크로 구성되어 있다고 결론 내릴 수 있다.
일부 추정에 따르면 관측 가능한 우주에는 약 1080개의 바리온(거의 전적으로 양성자와 중성자)이 있다.
관측 가능한 우주에 있는 양성자의 수는 에딩턴 수라고 한다.
입자 수 측면에서 볼 때, 일부 추정에 따르면 암흑 물질을 제외한 거의 모든 물질은 중성미자로 존재하며, 이는 가시 우주에 존재하는 약 1086개의 기본 물질 입자의 대부분을 차지한다.[11] 다른 추정에 따르면 가시 우주에는 약 1097개의 기본 입자가 존재하는데(암흑 물질 제외), 대부분 광자 및 기타 질량이 없는 힘 매개체이다.[11]
참조
[1]
서적
Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics
https://books.google[...]
Springer
2020-10-19
[2]
논문
Einstein, Perrin, and the reality of atoms: 1905 revisited
http://physlab.lums.[...]
2013-08-17
[3]
서적
The Scientist as Philosopher: Philosophical consequences of great scientific discoveries
https://books.google[...]
Springer
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