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사실 양성자를 쪼개면 세 개의 쿼크 말고 또 하나 나오는 것이 있다. 바로 보손 입자 중 하나인 글루온(gluon)이다. 글루온은 어원에서 알 수 있듯이 쿼크 입자들을 풀칠(glue)하듯 묶는 힘을 내는 입자다. 우주를 지배하는 힘은 이런 특정 입자들이 매개하고 있고, 그 매개 입자들이 바로 기본입자 중 4개의 보손 입자다.


우주를 지배하는 힘(상호작용)은 네 가지다. 중력은 질량이 있는 물체들이 서로 당겨지는 힘이며, 강력은 원자핵을 한데 묶어준다. 또 전자기력은 2개의 전하가 서로 당기거나 밀치는 힘이며, 이와 비슷하지만 힘의 크기가 훨씬 약한 것이 약력이다. 


그리고 이 네 가지 힘을 각각 담당하는 입자들이 있다. 중력은 중력자, 강력은 글루온(g), 약력은 W와 Z 보손, 전자기력은 광자(γ)라는 입자가 이런 힘을 내는 원천이다. 


이중 중력자만 표준모형에 포함되지 않았는데, 그 이유는 아직 관측되지 않은 가상의 입자이기 때문이다. 과학자들은 중력자가 있을 것이라고 확신하지만, 네 가지 중 가장 약한 힘인 탓에 실험으로 관측하기 매우 어렵다. 가장 익숙한 중력이 의외로 가장 베일에 싸여 있는 것도 이 때문이다.


빅뱅 당시에는 ‘원시힘’이라는 한 종류로 존재했던 네 가지 힘은 우주의 온도가 내려가면서 하나씩 분리돼 우주에 나타났을 것으로 추정된다. 빅뱅 직후에 중력(중력자)이 먼저 분리됐고, 급팽창 시기를 전후해 강력(글루온)이 분리됐으며, 이후 전자기력(광자)과 약력(W, Z 보손)이 재차 갈라졌다.
이렇게 우주에 등장한 17개의 기본입자는 점점 식어가는 우주에서 상호작용하며, 우리가 아는 물질들을 하나씩 만들어가기 시작했다. 빅뱅이 일어나고 아직 채 1초밖에 흐르지 않은 시점이었다.

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2019년 07월 과학동아 정보

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