공부하고 정리하고

이 세상은 무엇으로 이루어져 있을까?

우리가 사는 세상은 입자의 세상입니다.

크게 페르미-디락 통계를 따르는 입자와 보스-아인슈타인 통계를 따르는 입자로 나눌 수 있습니다.

페르미-디락통계를 따르는 입자는 같은 상태로 존재하지 않는 입자를 말합니다. 파울리 배타원리를 따르는 입자라고도 합니다.

같은 상태로 존재하지 않는다는 것은 다른 특징을 가졌다고 볼 수 있습니다.

두 사람을 보고 비교할 때 키, 몸무게, 성별, 얼굴 등으로 두 사람을 비교할 수 있습니다. 절대 완전히 똑같은 사람은 없습니다.

이처럼 상태가 다른 입자들을 같은 상태로 존재하지 않는다고 할 수 있습니다.

양자역학에서는 이것을 양자수가 다르다고 말합니다.

이 양자수는 주양자수, 궤도양자수, 자기양자수, 스핀양자수가 있습니다.

각각의 개념을 다 설명하기에는 글이 길어집니다.

그냥 상태를 구별하는 특징이라고만 이해하고 넘어가도록 하겠습니다.

여기서 모든 양자수가 같은 상태라면 구별하기 위해서는 스핀양자수만큼은 달라야 합니다.

이런 표현을 사용해도 되는지 모르겠지만 주양자수에서 자기양자수까지의 양자수 상태는 구별하기 쉬운 특징이라고 보면 됩니다. 얼굴, 키, 체형 등입니다.

그럼 겉으로 구별하기 어려운 일란성쌍둥이가 있는데 완전 똑같이 생겨 구별할 수 없다고 하겠습니다. 이 경우는 겉으로 봐서는 구별하기 힘듭니다.

그런데 한 명은 점이 있고 한 명은 점이 없다고 하면 이것으로 구별을 지을 수도 있겠죠.

제대로 된 예시는 아니지만 페르미-디락 통계에 따르는 입자는 다른 양자수가 같다면 스핀양자수가 달라야 합니다.

이 페르미-디락 통계를 따르는 입자를 페르미입자라고 하며 우리가 아는 거의 모든 입자가 이 페르미입자입니다.

페르미입자는 반정수의 스핀양자수를 가지며 가장 기본입자인 쿼크와 렙톤이 이 페르미입자입니다.

한편, 보스-아인슈타인 통계는 열적 평형상태에서 식별 불가능한 보스 입자의 통계적 분포를 결정하는 통계입니다.

즉, 보스-아안슈타인 통계를 따르는 입자는 입자를 구별할 수 없는 상태입니다.

즉, 여러 입자가 동일한 상태에 있다는 것을 알 수 있습니다.

그렇기에 이 통계를 따르는 입자인 보손은 정수배의 스핀양자수를 가집니다.

광자의 경우에는 1, 힉스의 경우 0의 스핀양자수를 가집니다.

이 보손입자에는 광자, 글루온, W,Z 보손, 힉스 보손이 있습니다.

즉, 힘을 매개하는 입자 그리고 질량을 매개하는 입자입니다.

또한 페르미입자는 쿼크와 렙톤으로 양성자, 중성자, 전자가 페르미입자임을 알 수 있습니다.

빛이 입자냐 파동이냐의 논란은 양자역학 이론으로 발전했다.

양자역학에서 입자는 파동성을 가지기 때문에 입자의 위치는 파동확률함수로 나타낸다.

즉, 입자의 정확한 위치를 특정하지 않고 확률적으로 나타낸다.

그렇다면, 입자의 위치를 관측한다면 그 입자의 위치를 관측하기 직전 그 입자는 그 위치에 있었는가 아니면 다른 위치에 있었는가? 라는 질문을 가지게 된다.

양자역학이 확립되기 전에 과학자들은 이 질문에 대해 많은 의견이 갈렸었다.

크게 3가지의 의견으로 나누어졌었다.

사실주의적 입장

그 입자는 측정 직전에 그 위치에 있었다.

아인슈타인이 주장했던 의견이다.

“저 달이 내가 바라보고 있지 않을 때는 존재하지 않는다는 것을 어떻게 믿으란 말인가” 아인슈타인이 했던 유명한 말이다.

아인슈타인은 모든 과학적인 사실은 수학적 증명을 통해 해답을 찾을 수 있다고 생각했기 때문에 확률분포를 이용한 입자의 운동방정식을 받아들일 수 없었을 것이다.

그래서 우리는 아인슈타인조차 받아들이지 못한 양자역학이라는 말을 하고는 한다.

아인슈타인을 비롯한 사실주의자들은 결정을 못 하는 것은 원래 그런 것이 아니라 우리가 운동을 기술할 변수를 찾지 못한 것이라 생각하였다.

하지만, 근본적으로 입자의 위치가 정해져 있다면 양자역학 자체는 틀린 이론이 된다. 입자의 위치가 정해져 있지만 양자역학으로 실제 위치를 확인할 수 없기 때문이다. 따라서, 양자역학이 맞다면 이 주장은 틀린 주장이 된다. 지금 현재까지는 양자역학이 맞다고 보고 있으니 이 주장은 틀렸다고 볼 수 있다.

정통주의적 입장

그 입자는 실제로 아무 곳에도 없었다.

입자가 어느 위치에 있을지를 결정한 것은 관측행위 그 자체라고 주장하는 입장이다.

이 주장은 코펜하겐 해석이라고 불린다.

이 주장이 지금 현재 가장 널리 받아들여지고 있다.

따라서 불확정성 원리에서 위치를 정했을 때 그 위치는 원래 정해져 있지 않았다라고 말할 수 있다.

위치가 정해져 있지만 관측이라는 행위를 통해 위치가 바뀐다? 이런 식의 설명은 잘못된 설명이다.

불확정성 원리를 설명하다 보면 위치와 운동량을 동시에 알 수 없다고 하면서 측정이라는 행위를 함에 있어 빛이나 입자의 충돌을 통해 알아야 하고 이 과정에서 위치와 운동량이 변화한다는 것은 맞는 말이지만 이것에 의해 위치를 알 수 없다는 설명은 잘 못된 것이고 원래 위치를 알 수 없다가 맞는 말이 되는 것이다.

불가지론적 입장

답하지 않겠다.

입자의 상태에 관해서 알기 위해서는 측정을 해야 하는데 측정을 하고 나면 측정 이전 상태라는 것은 더 이상 존재하지 않는데 무슨 의미가 있냐는 입장이다.

자연계를 이루는 모든 기본입자들은 기본 고유량을 가지고 있습니다.
전하량과 스핀 그리고 질량을 가지고 있습니다. 이중에 질량은 어떻게 생기게 되는지 궁금했습니다. 질량은 왜 다른 것인지 어떻게 생겨나는 것인지 말입니다.
이를 설명해주는 것이 힉스입자이고 CERN에서 입자가속기를 통해 찾아내었습니다.
그래서 오늘은 힉스에 대해서 간단히 알아보고 어떻게 찾아내었는지도 간략히 알아보겠습니다.

힉스란?

137억년 전 우주 탄생 당시 모든 물질에 질량을 부여해준 입자입니다. 그래서 신의 입자라고도 불립니다.

이 힉스입자는 힉스장을 형성합니다. 광자가 전자기력장을 형성하는 것처럼요.
이 힉스장과 상호작용을 강하게 하는 물질일수록 많은 질량을 부여받습니다. 여기서 상호작용을 강하게 한다는 것은 물질이 이동을 할 때 더 많은 저항을 받는다는 이야기입니다.

우리가 아는 이야기로 한다면 뉴턴의 운동법칙인 F=ma를 떠올려보죠. 질량이 높을수록 더 많은 힘을 필요로 합니다. 즉, 이동을 시키는데 더 많은 힘이 드는 것이죠.
이러한 것처럼 힉스장을 통해 상호작용을 한 정도로 입자들은 질량을 부여받습니다.

그렇다면 질량이 없는 입자는?
힉스장과 상호작용을 하지 않는 것이죠.

LHC 가속기를 통한 검출

여기서 사용되는 입자가속기도 앞으로 제가 아는선에서 간단하게 설명을 할 예정입니다. 하지만 오늘의 주제에서 약간 벗어나는 만큼 간단히 사용되는 가속기의 과정만 설명하겠습니다.

처음에 양성자와 같은 입자를 선형 가속기를 사용해 booster시켜 가속을 조금 시켜줍니다.
이때 중성자와 같이 전하가 중성인 입자는 사용할 수 없습니다.
가속기는 전자기력을 이용해 가속시키기 때문입니다.
그런데 이 선형가속기로는 한계가 있고 더 높은 에너지까지 가속을 위해서 단계적으로 가속을 시켜줍니다. 싱크로트론이라는 링모양의 가속기를 통해서 말입니다.
이 가속기는 반경이 클수록 더 높은 에너지로 가속을 시킬수 있습니다. 그래서 순차적으로 더 반경이 큰 가속기를 사용해 가속을 시키고 마지막으로는 반경이 27km인 LHC를 통해 7TeV라는 테라 크기의 에너지까지 가속을 시킵니다.

그리고 반대편에서는 똑같이 7TeV의 에너지를 가진 양성자를 보내 부딪히게 하고 붕괴 당시에 나오는 입자들을 검출기를 통해 검출하도록 합니다. 여기에는 여러 검출기들이 있지만 ATLAS와 CMS가 대표적이고 CMS 검출기가 힉스입자 발견을 해내게 됩니다.

여담으로

여기서 검출기는 대형 검출기이고 매우 복잡합니다. 기본적으로 붕괴 시 발생하는 입자들을 검출해내기 위해서는 매우 정밀하고 예민한 상호작용을 해주어야 합니다. 그렇기에 수많은 검출기들이 달려있는데 이중 우리나라에서 뮤온 검출기를 제작해서 CMS검출기에서 현재 사용 중이라고 합니다.

한가지 명심해야하는 것이 입자를 가속한다고 해서 1개의 입자만 가속한다고 생각하면 안됩니다. 그렇게 하는 것이 불가능하기도하고 결과값을 얻어내기도 힘들겁니다. 그래서 한번에 많은 입자들이 가속이 됩니다. 그런데 가속되서 붕괴입자가 나온다고 모든 데이터를 다 읽을수 있을까요?
아닙니다. 초창기에는 검출기에 1011개의 충돌 데이터가 들어온다고 하면 여기서 1개정도의 데이터를 얻었다고 합니다. 현재는 20~30개 정도의 데이터를 얻을 수 있다고 하니 많이 정밀해졌습니다.
그래서 1초에 4000만번정도 충돌을 시키고 이중에 300~400개의 데이터를 얻어와 분석을 한다고 합니다.

여기까지 읽으셨으면 오늘의 주제인 힉스와 무슨 상관이 있는지 이해가 잘 안되실 겁니다.
사실 가속기소개를 건너뛰고 여기서부터 읽어도 됩니다. 앞의 내용은 힉스입자를 발견하기위한 도구에 대한 간략한 설명일뿐입니다.
이 입자가속기에서 힉스를 확인하는 방법은 다음과 같습니다.
(저도 왜 이러한 과정으로 발생하는지 모릅니다. )
총 14TeV에 해당하는 에너지의 충돌로 붕괴하기 시작한 양성자에 쿼크와 글루온이 직접적으로 상호작용을 하고 있습니다.
(쿼크는 표준모형이 뭐지?)
(글루온은 힘의 근원은 뭘까?) 에서 설명하였습니다.

이때 두개의 글루온이 순간적으로 강한상호작용을 하여 힉스입자를 만들어 냅니다.
이 힉스입자는 단계적으로 붕괴하여 광자와 뮤온을 방출하게 되고 이를 검출기를 통해 검출합니다. 이때 발생하는 과정은 에너지보존과 운동량보존을 따르므로 역으로 계산을 할수있게 됩니다.

위와 같은 식에 따릅니다. 이때 계산된 질량은 불변질량이라 합니다.

이 세상에 존재하는 모든 입자들의 질량은 우리가 파악을 하고 있습니다. 이를 불변질량분포를 통해 그래프로 나타내었을 때 만약 위에서 구한 식에 따라 구한 질량이 불변질량분포와 다르다면?
즉, 그래프에서 공명이 나타나면 다른입자임을 의심할 수 있습니다. 이러한 과정을 통해 힉스입자의 존재를 규명했습니다.
하지만, 검출은 매우 까다롭다고 합니다. 100억번 충돌시 1번정도 나올정도의 가능성이라고 하니 매우 까다롭다는 것을 알수 있습니다.

힉스입자를 발견해내었지만 아직 입자물리는 갈길이 많습니다. 아직 설명이 안되는 현상이 많기 때문입니다. 대표적인 해결해야할 문제들은 다음과 같습니다.

• 힉스입자는 자신에게 질량을 부여하고 그럴경우에 매우 높은 질량을 가진다는 문제가 존재합니다. 이 문제를 해결하는 방법이 대칭성을 가진 여러 개의 힉스입자가 있을것으로 생각되어 집니다.
• 중성미자들은 상호작용으로 전자뉴트리노에서 타우나, 뮤온 뉴트리노로 바뀔수 있습니다. 이를 위해서는 중성미자가 질량이 존재해야할 것으로 생각이 되는데 이를 검출하기 위해 노력중에 있습니다.
• 암흑물질과 암흑에너지에 관해서 예전에 (유령 같은 존재들 : 암흑물질과 암흑에너지를 알아보자)에서 소개했었는데요. 암흑물질과 암흑에너지에 대한 확인이 필요합니다.

위 문제들을 언젠가는 알게 되는날이 오겠죠? 힉스입자처럼 언제가는 발견이 되거나 새로운 이론이 등장할 것입니다. 이번 포스팅까지해서 입자에 대해서 알아보았는데요.
입자물리에 대해 제대로 공부해본적이 없기에 포스팅에 앞서 여러 정보를 찾아보고 쓴다고 썼지만 한계가 많음을 느꼈습니다. 그래도 끝까지 읽어주셔서 감사드립니다.

반입자라는 말을 들어보셨나요? 살면서 접하기는 힘든 말입니다. 반입자는 우리가 볼 수 없기 때문이죠.

댄 브라운의 소설 ‘천사와 악마’에서는 이 반물질로 만들어진 폭탄으로 일어나는 태러를 막기 위한 사투에 관한 이야기로 다루기도 했습니다. 여기서는 사용되는 폭탄 안의 반물질을 CERN에서 연구를 통해 만들어냈고 이를 모아서 통에 담아두었는데 이를 깨트리기라도 한다면 어마어마한 폭탄이 되어버린다고 나옵니다.

저는 이 책을 접했을 당시에 과학을 잘 몰랐기 때문에(물론, 지금도 잘 모릅니다.^^) 반물질은 공상과학에서 떠드는 그런 이야기인 줄 알았습니다. 아~ 작가가 소설 자~알 쓰네라고 말하면서 말이죠. 하지만 물리적인 개념 자체는 존재하고 또한 실제로 반물질이 존재하죠. 그럼 한 번 알아보겠습니다.

반입자란?

반입자는 우리가 알고 있는 각각의 입자들에 대해서 모든 물리적 상태가 동일하지만 가지는 전하가 반대인 입자를 말합니다. 그런데 생각해보세요. +전하와 -전하가 만나면 어떻게 되죠? 서로 끌리게 되죠? 즉, 각각의 입자와 반입자는 서로 상호작용으로 만나게 된다면 서로 끌어안으려고 할 것입니다. 그런데!! 이 입자와 반입자가 만나면 질량이 없는 광자의 형태로 에너지가 바뀌면서 전환됩니다. 아인슈타인의 상대성이론에서는 질량이 곧 에너지임을 말해줍니다.

그렇게 때문에 이 모든 질량이 에너지가 된다면 꽤 큰 에너지가 생기게 됩니다.

그런데 이렇게 입자와 반입자가 만나 광자로 바뀌는 쌍소멸 현상만 나타나는 것은 아닙니다. 쌍생성도 일어나는데 광자가 입자와 반입자로 나눠지면서 에너지에서 입자로 시각적으로 보았을 때는 무에서 유를 만들어 내는 현상도 있습니다. 하지만 이러한 반응이 아주 짧은 거리에서 순식간에 연속적으로 일어나기 때문에 관측하기는 힘듭니다.

반입자 왜?

반입자의 존재는 전자를 보면 이론적으로 필요하겠다는 생각이 듭니다. 전자를 들여다보면 우리의 아인슈타인에 의해 정지한 입자의 에너지는 E=mc2라고 알려져 있습니다. 운동을 하지 않을 때의 에너지입니다. 이 식에 따라 계산하면 0.511MeV라는 에너지가 전자 하나당 가지고 있습니다. 실제로도 그렇구요. 그럼 뭐가 문제일까요? 에너지를 계산할 때 원래는 이 전자가 스스로 가지고 있는 전하량에 의한 셀프에너지효과도 실제로 고려해야 합니다. 이때 이 셀프에너지효과를 고려하면 에너지는 매우 커집니다. 하지만 실제로는 그렇지 않죠. 현대에서는 이 셀프에너지효과를 반입자인 양전자에 의해 지워진다고 보고 있습니다. 그럼 우리가 관측하는 결과가 설명이 되기 때문입니다.

반입자 지금은?

지금도 반입자는 끊임없이 생겨나가 끊임없이 소멸합니다. 왜냐하면 우리 주변은 입자로 가득 차있기 때문이죠. 무슨 말이냐면 모래로 가득 차 있는 운동장에 물 한 바가지 가져와서 부어버린다고 운동장을 다 적실 수 없는 것입니다. 멀리서 보았을때는 부은지도 모르겠죠. 그래서 관측할만한 변화가 있기 위해서는 모래에 준하는 양만큼의 물이 있어야 하는것이지요. 그것처럼 현제의 세상은 입자로 가득차 있기에 반입자는 생기자마자 쌍소멸해버리는 운명을 마주칩니다.

왜 입자가…?

그럼 왜 입자가 이 세상을 다 차지하고 있냐구요? 이 부분은… 아직 명확히 설명이 되지 않는 것으로 알고 있습니다. 그저 태초에 빅뱅이 일어나고 처음에는 입자와 반입자도 없는 에너지 덩어리 상태로 존재했었는데 우주가 조금씩 온도가 낮아지면서 빛이라는 것이 생겨났고 입자와 반입자도 탄생했습니다. 이 때 처음에는 입자와 반입자가 반반씩 차지했을 겁니다. 이 세상을 말이죠. 하지만 입자가 한 개 혹은 두 개 혹은 몇 개 더 반입자보다 반응할 때마다 더 생겼을 것이고 결국 입자의 승리로 이 세상이 입자로 다 차버렸을 것으로 보입니다. 만약 입자가 승리하지 못했다면 우리는 존재할 수 없을뿐더러 우주의 형태도 존재하지 않았을수도 있을 겁니다.

양전자를 이용하자

반입자중에 현재 우리 삶에 깊숙히 들어와 있는 녀석이 있습니다. 바로 양전자인데요. 어디에 들어와 있냐구요? 의료분야에서 사용이 되고 있습니다. PET이라는 장비인데 풀네임은 Positron Emission tomogtaphy라 해서 양전자를 내는 물질을 먹고 이 장비로 찍으면 인체 내부의 영상을 찍을 수 있습니다. 양전자가 주변의 전자들과 만나서 쌍소멸을 하고 생기는 감마선을 계측하는 일종의 계측기 입니다.
자세한 내용은 제가 연재하고 있는 방사선 시리즈에서 다룰 예정이니까 소개는 그때 하도록 하겠습니다.

처음 이야기를 시작할 때 말한 반입자 폭탄 현실성이 있을까요? 반입자는 입자로 가득 찬 세상에서 반입자 혼자만으로는 살아갈 수 없습니다. 그렇기에 모여있다면 엄청난 폭탄이 될 수 있는 것입니다. 하지만 반대로 생각해보면 그렇게 반응성이 좋은 반입자를 어떻게 보관할까요? 이는 매우 힘든 기술이 될 것입니다. 그래서 아직까지는 핵무기는 걱정해도 반물질 폭탄은 걱정할 필요는 없겠네요.

“해당 포스팅에 사용한 이미지의 출처는 구글 이미지임을 알립니다”

오늘은 세상을 이루는 물질에 대한 탐구의 역사에 대해서 소개해볼까 합니다. 여러분들은 입자라 하면 가장 먼저 뭐가 떠 오르시나요? 전 과학에 대해 배우기 전에는 모래 알갱이 같은 이미지를 떠올렸답니다. 여러분들은 어떻게 떠오르시나요? 이러한 상상을 고대시대부터 옛 선조들은 해왔습니다. 이 세상을 구성하는 기본 구성 입자는 무엇일까? 이러한 탐구는 고대 탈레스 시대부터 사람들은 생각하며 논의해왔습니다.

그중에 아리스토텔레스는 물질의 근원은 불, 공기, 물, 흙으로 이루어진다고 생각했습니다. 그리고 나아가 우주에는 가장 완전하며 순수한 5원소가 존재할 것이라고 생각했죠. 어떻게 보면 정말 눈으로 볼 수 있는 현상을 정밀하게 분석한 결과가 아닐까 생각합니다. 그 당시 제가 아리스토텔레스 앞에서 이 이야기를 듣고 있었다면 설득당하고 말았을 것입니다…

하지만 이것은 세상을 이루는 기본 입자는 아니었지요. 이러한 고민은 한참이 지나 지금의 원자론에 가까운 이론에 도달합니다. 1800년대에 돌턴은 질량 보존 법칙과 일정 성분비 법칙에 의해 세상의 기본 입자는 더 이상 쪼개질 수 없는 원자로 존재할 것이라고 주장하였습니다. 이 원자는 현재의 모델의 시초라고 볼 수 있습니다.

하지만 이 이론은 톰슨에 의해 깨지게 됩니다. 톰슨은 음극선 실험을 하다가 전자를 발견했기 때문이죠. 톰슨은 이 전자가 원자에서부터 왔다고 생각했고 중성인 원자가 전자를 가지기 위해서는 원자 안에 ‘빵안에 박힌 건포도처럼’ 전자들이 있어야 한다고 생각했습니다. 이렇게 이론은 한 단계 발전합니다.

하지만 이 이론도 틀렸습니다. 러더퍼드는 알파선을 금박에 쏘는 실험을 했었는데 이 실험 중 놀라운 결과가 생겼습니다. 이 당시 러더퍼드는 대포알을 화장지 조각에 발사했는데 튕겨 나왔다라는 식으로 말했다고 합니다. 왜냐하면, 알파선은 자기보다 훨씬 작은 전자와 부딪힌다면 직진하거나 산란을 하더라도 아주 약간만 할 것이라고 생각하였기 때문이죠. 하지만 실험결과 아주 크게 산란하는 알파선이 생겼습니다.

이때 러더퍼드는 생각했습니다. 아! 원자는 중심에 핵이라는 존재가 있고 전자가 그 주변을 돌고 있구나! 라고 말이죠. 이렇게 러더퍼드 모델이 탄생하게 됩니다.

하지만 이 이론 또한 틀렸습니다. 이 당시 전자기학에 대한 이해도가 있던 시절인데 중심에 핵이 있고 전자가 그 주위를 원운동을 하며 돌고 있다는 러더퍼드 모델에는 큰 모순이 있었기 때문입니다. 바로 전자가 움직이게 되면 전자기파로 에너지를 방출한다는 점이었죠. 전자가 움직이면서 전자기파를 방출하면 자신은 점차 에너지를 잃게 되고 그럼 원운동을 유지를 할 수 없으며 원자핵으로 떨어져 버릴 것이라는 것이었죠. 러더퍼드는 이 문제에 대해서 해결하지 못합니다.

대신 보어는 이 문제를 해결할 수 있는 원자 모델을 제시합니다. 이 모델은 양자역학을 적용한 모델입니다. 원자 주변에 에너지 레벨이라는 불연속 층이 있고 이 에너지 레벨에 전자는 갇혀있으며 이 궤도에서는 안전하게 에너지 방출 없이 운동을 한다는 것이지요. 거의 다 왔습니다. 원자 모델이 거의 다 완성이 되었군요. 사실 이 모델로도 현대의 거의 모든 현상을 설명할 수 있습니다.

하지만 양자역학에서 하이젠베르크의 불확정성 원리에 따르면 위치와 운동량 두 가지를 우리는 한번에 결정지을 수 없습니다.

관측이라는 행위를 할 때 정해집니다. 말이 어렵습니다만 뚜껑 열어보기 전에 모른다는 말이 있죠? 바로 딱 그 말입니다. 예를 들자면 자 어제 우리는 된장찌개와 김치찌개를 점심 저녁때 각각 먹고 남겼습니다. 하지만 우린 어디 뚝배기에 끓였는지 모릅니다. 자 한 개의 뚝배기를 들고 옵니다. 여러분은 뚜껑을 열기 전에 무슨 찌개인지 모릅니다. 된장찌개일까요? 김치찌개일까요? 1/2의 확률이죠. 뚜껑을 열어보기 전에는 알 수 없죠. 이러한 방식으로의 설명을 양자역학에서는 이용합니다. 전자의 궤도와 운동량의 상태들은 확률로써 존재합니다. 이를 양자 중첩이라는 말로 표현합니다. 즉 상태가 중첩이 되어있다는 말이죠. 그래서 하고 싶은 말은 전자의 궤도가 불연속적으로 나눠져 있고 이를 설명하려고 하지만 실제 전자가 정확히 어디 궤도에 있다고 우리는 말할 수 없습니다. 우리가 관측이라는 행위 사용이라는 행위를 하면서 그 전자는 그 위치에서 관측이 되기 때문이죠. 그래서 이러한 현상을 적용하기 위해 전자는 구름의 형태로 있다고 설명합니다. 이게 현대에서 설명하는 원자 모델입니다.

그럼 세상을 이루는 가장 기본입자로 원자는 전자와 핵으로 이루어진 이 상태가 진짜로 끝일까요? 아직 가야 할 길이 있습니다. 돌턴은 원자가 더 이상 쪼개어질 수 없는 상태라고 하였지만 실제 원자는 쪼개어집니다. 원자는 양성자와 중성자로 이루어져 있기 때문이죠. 그리고 이 양성자와 중성자는 글루온이라는 입자가 힘을 매개하게 됩니다. 그럼 이게 마지막 상태일까요? 이번에도 아닙니다. 양성자는 업쿼크 두 개와 한 개의 다운쿼크로 이루어 집니다. 중성자는 두 개의 다운쿼크 한 개의 업쿼크로 이루어지죠. 쿼크까지 왔군요. 이 입자가 세상을 이루는 가장 작은 입자입니다. 이번이 정말 마지막이죠. 아직까지는 말이죠. 

.“해당 포스팅에 사용한 이미지의 출처는 구글 이미지임을 알립니다”