20세기 최대의 발견

최근 물질의 근원을 이루는 소립자중 여지껏 실체가 발견되지 않고있던 마지막 입자인 {톱쿼크}의 존재를 규명할만한 여러 증거가 포착돼 화제가 되고있다. 그러나 {20세기 물리학의 마지막 최대의 발견}이라는 수사가 동원되고있는 톱쿼크의 발견에 대한 일반인들의 이해도는 낮은 편이다.물질의 궁극적인 기본입자는 소립자이다. 원자의 중심인 원자핵은 양자와 중성자의 결합체인데 양자와 중성자는 다시 여러 소립자로 구성된다.소립자의 세계는 상상할수 없을 정도의 극미한 공간이다. 양성자의 크기는1펨토 미터. 양성자 1조개가 모여야 겨우 1mm의 공간을 채울수 있다. 쿼크는양성자의 1만분의 1도 안된다.더욱 경이로운 것은 소립자세계의 시간 단위이다. {핵시간}이라 불리는 소립자의 수명은 10-23초. 1초의 '1조분의 1'의 '1천억분의 1'이다. 핵시간을 1초라 하면 우리시계의 1초는 우주의 나이인 1백50억년의 1만배 이상 긴시간이된다. 소립자의 세계는 이만큼 극미의 시공간이기 때문에 발견되기가 쉽지않다.

쿼크는 모두 6종류. 업(up), 다운(down), 참(charm), 스트레인지(strange),바텀(bottom), 톱(top)으로 이름붙여진 6종류가 서로 대칭구조를 이루며 존재한다. 1964년 쿼크의 존재가 예견된 이래 이들중 톱쿼크를 제외한 나머지쿼크들이 차례로 발견됐다. 그러나 17년전 바텀 쿼크가 발견된 이래 바텀의대칭 쿼크인 톱은 여지껏 발견되지 못했다. 발견되지 않은 이유는 톱이 예상외로 {크기} 때문이다.

소립자는 클수록 발견하기 어렵다. 양자와 중성자는 우주의 네가지 힘중 가장 강력한 힘으로 결합돼 있는데 이 힘은 가장 약한 힘인 중력보다 10-40배나강하다. 결국 소립자를 확인하려면 엄청난 에너지의 광선을 양자와 중성자에쬐어 결합고리를 깨뜨려야만 한다. 이번에 톱쿼크의 실체를 규명할만한 증거를 포착한 미국 유럽 일본공동연구팀의 입자가속기는 총연장 6.4km에 관측장비만도 5t이 넘는다.

물리학자들은 톱쿼크의 발견으로 물질의 근원을 연구하는 금세기 물리학의마지막 숙제가 해결됐다고 환호하고있다. 또 쿼크의 세계에 원시 빅뱅우주의수수께끼가 숨어있다고 보는 대통일 이론의 완성에도 한발짝 다가서게 됐다고 이번 발견에 의미를 부여하고있다.