[기초 천문학] 반물질이 뭐야?????? 물질은 알겠는데...

1bang LV 1 07-16

이 우주를 이해하기 위해서
.
우선 우주를 이루는 기본적인 물질로부터 시작해볼게!
아 과학 극혐
.ㅠ 하는 덬들도 많겠지만
사실 그렇게 이해하기 어렵지 않거든?? 
그러니까 한번 내 말을 들어봐!


1. 원자 (Atom)

다들 원자가 뭔지 알지!!
우리 덬들의 몸도 원자로 이루어져있고
스마트폰도 원자로 이루어져있고
우리가 마시는 공기도 원자로 이루어져있고
지구도 태양도 원자로 이루어져있어!

우리가 보고 만지고 냄새맡는 모든 게 원자로 되어있지
수소, 산소, 탄소, 마그네슘, 티타늄 막 이런 것들!!

근데
이 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있잖아





어렸을 때 교과서에서 이런 그림으로 배웠을 거야!


근데 요즘은




이게 더 과학적으로 맞는 그림이긴 해


암튼 원자의 중심에 원자핵이 있고 그 주위에 전자로 이루어져있다는 사실은 변함이 없으니
우리는 이것만 기억하자!


원자핵에는 최소한 하나의 양성자 (proton) 가 필요하고
이 양성자는 + 야!!

그리고 전자구름에는 최소한 하나의 전자 (electron) 이 필요하고
이 전자는 - 지!

이렇게 양성자 하나와 전자 하나로 이루어진 가장 단순한 원자가 수소 (hydrogen) 이고
이 우주에 가장 흔한 원자의 종류야


수소를 제외한 다른 원자들은 핵이 양성자로만 되어있는 게 아니라 중성자도 같이 있어





맨 왼쪽 수소는 핵부분에 양성자 하나만 있지만
옆에 헬륨이랑 리튬은 초록색으로 된 중성자도 함께 핵을 이루고 있는 게 보이지?

우리는 원자들을 양성자 개수로 번호매겨놓았어
주기율표 기억나?
그 주기율표 1번이 수소
2번이 헬륨
3번이 리튬이야
각각 원자핵에 양성자가 한개, 두개, 세개 있어서 그래~~



2. 반물질 ( Antimatter )

우선 물질이 뭘까?
우주를 채우고 있는 것들을 생각해봐
규모가 큰 태양이나 행성들이 떠오르지만
사실 그것들은 원자로 이루어져 있고
원자는 또 양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있고 (위에서 살펴봤지!)
양성자는 또 쿼크로 이루어져 있어!!!
이런 것들을 우리는 물질 (matter) 라고 하잖아

우리는 물질만이 우주에 존재한다고 생각하는데
천문학을 이해할 땐 상식을 바꿔야함!

위에서 말한 기본적인 입자들은 쌍둥이를 가지고 있어
물질의 쌍둥이가 반물질이야!
그리고 그 둘은 모든 면에서 성격이 반대야

예를 들어 전자 (electron) 를 생각해보자
전자는 늘 - 잖아
음!
근데 전자의 쌍둥이인 positron (양전자) 는 이름에서 알 수 있듯이
항상 + 야
양!
양"성"자가 아니라 양"전"자야 ㅋㅋ
헷갈리지 말자!

암튼 서로 반대 성질인 거 맞지?

이렇게 전자/양전자는 물질/반물질 관계를 이루고 있어

근데 우린 우리 주위에서, 그리고 우주에서 반물질을 거의 보질 못해
왜그럴까???


양과 음이 만나서 파바방 하고 터져버리기 때문이야

이 우주 상에 반물질이 생겨나면
이건 바로 자신의 쌍둥이인 물질을 찾고
그 둘이 만나면 서로를 파괴시켜ㅠ
이렇게 파괴되면서 물질과 반물질은 에너지로 전환이 돼!!
그래서 물질과 반물질이 서로 만나면 높은 에너지를 분출하며 파괴되지!

아마 공상과학 작품 많이 읽은 덬들은 반물질에 대해 자주 들어봤을 거야
스타트렉 엔터프라이즈 호가 엄청난 연료가 필요한데




(요렇게 생긴 거
복잡하다 복잡해)


바로 반물질을 엔진의 연료로 사용하는 컨셉을 써
반물질이 물질을 만나 발생시키는 에너지를 이용하는 거지!


전자가 반물질인 양전자를 가지고 있듯이
양성자(proton)은 반양성자 (antiproton)와 짝을 이루고
중성자(neutron)은 반중성자(antineutron)이라는 짝궁이 있고
양성자를 이루고 있는 쿼크(quark)도 반쿼크(antiquark)라는 반물질 페어가 있어


마지막으로 정리해보자!
가장 간단한 원자인 수소로 예를 들어보면



이렇게 모든 면에서 성질이 반대인 반물질인 반수소를 짝궁으로 가지고 있고
이 둘이 만나면 에너지를 분출하면서 둘다 파괴가 됨!

우리 인간이 대단한 게
요즘은 거대한 실험실에서 이러한 반물질을 만들어내고 있어




CERN (유럽 입자 물리학 연구소) 에 있는 입자가속기인데
입자들을 충돌시켜 반입자를 만들어내고 있어 ㄷㄷㄷ

1995년에 반수소 원자를 만들어냈고
더 놀라운 건
반물질은 생기자마자 짝궁인 물질을 찾아내서 파괴되어버린다고 했잖아
근데 이 세상에 제일 흔한 게 수소 원자이고
그만큼 반수소 원자는 생성된다고 해도 바로 수소와 함께 파괴되는 게 정상인데
2011년 이 반수소원자를 무려 15분이나 유지시키는 데 성공했어 ㄷㄷ
인류 대다나다
.bbb


암튼

이 반물질 개념은 앞으로 천문학의 핵심중의 핵심인 빅뱅을 이해하는 데 필요하니까 
잘 기억해보자!!


다 읽었다면 
이제 우주의 4대 힘 (중력, 강력, 약력, 전자기력) 에 대해서 
아래의 글에서 설명했으니 한번 봐봐!

https://theqoo.net/square/2518366828

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