물리학에서 바라본 세상

물질과 반물질2

06-10-23 나나 1,174

양전자는 전자와 모든 특성이 같지만 단지 전하의 극성만 다른 물질로 전자의 반입자이다.

양전자의 존재는 1928년 영국의 물리학자 폴 디랙(Paul A. M. Dirac, 1902~1984)이 (양자역학에 사용하는) 슈뢰딩거 방정식과 (아인슈타인의) 일반 상대성 이론을 결합한 방정식을 풀면서 그 수식의 해(답)로 예견했던 것이었다.

다시 말하자면, 디랙은 전자와 같은 질량을 가지지만 단지 양의 전하를 가지는 양전자(반전자)가 있다는 것을 예견하였다.

(쉽게 말해서 x^2=1의 해는 x =1, -1로 두 개인 것과 개념적으로는 같다. 보통 이 해들 중에서 하나만 답으로 인정하고, 나머지 해는 버린다. 하지만, 디랙은 과감하게 이 두 해 모두를 답으로 보았다.)

하지만 디랙은 그 이후 동료 과학자들의 많은 불만에 시달려야만 했다.

그렇지만 그의 예측은 1932년 칼 앤더슨(Carl Anderson)이 우주로부터 날아온 양성자(수소원자핵), 또는 알파입자(헬륨원자핵) 등이 지구 대기와 충돌하는 우주선(cosmic ray)의 연구과정에서 우연히 발견되었다.

이 양전하의 성질은 전자와 극성이 다르다는 것만 빼고는 전자와 그 성질이 완전히 같다. 하지만, 양전자와 전자가 서로 만나게 되면, 함께 소멸하여 이들의 질량은 모두 빛(전자기파)으로 방출된다.

그 이후, 과학자들은 모든 입자들에 대응하는 반입자(antiparticle)가 존재할 것이라고 추측했다. 따라서 모든 입자들에 대한 반입자의 존재는 반물질(antimatter)의 가능성을 보여준다.

실제로 하나의 반양성자와 두 개의 반중성자로 이루어진 반헬륨(He)과 같은 몇 가지의 반대핵이 실험으로 관찰되었다.

그리고 마침내 2002년에는 스위스의 CERN 연구소에서 양전자와 반양성자로 이루어진 반수소 원자가 실제로 만들었다.

물론, 반물질은 보통 물질들과 함께 가까이에 존재하면 매우 불안정하다. 즉 반물질과 물질이 만나면 곧바로 빛(전자기파)으로 소멸된다. 하지만, 만약 반물질만이 고립되어 있는 세상이 있다면 현재 우리가 사는 세상과 같이 매우 안정된 세상일 것이다.

하지만 아직까지 이런 반물질로 이루어진 은하계나 행성계가 존재한다는 아무런 증거는 없다.
 
결론적으로  우리가 사는 세상은 이와같이 우리가 보는 것보다 소설 같은 일이 일어나는 곳이다.


(이글의 많은 부분들은 현대물리학의 글을 옮겨 적은 것이다.)

  • 06-10-23 원정
    ^^
  • 06-10-24 바람
    이 글을 읽으면서 반물질란 이러한 것이다라고 이해가 되어지네요.
    반으로 나누어진 물질이니, 아직 뭔가로 결합되어지지 아니한, 즉 부분으로서 나누어져 있는 물질, 즉 음과 양이 홀로 따로 떨어져 있는 물질이라고나 할까?

    그런데 그 모든 물질은 반드시 음과 양이 서로 결합되어짐으로서 나타날 수 밖에는 없는 것이니, 반물질로서 이루어진 행성계를 만날 수 없는 것이 당연하다고 보여지네요.

    그런데 음과 양이 서로 결합할 수도 있다고 하는 것은 찰라간이나마 음과 양이 서로 반입자로서 홀로 존재할 수 있는 그 가능성이 전혀 없다고 볼 수도 없는 것이니, 그것은 결국 궁극의 무, 완전한 진공의 상태에서 찰라간으로서 관측할 수는 있을 것이다. 이렇게 봅니다.
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