쿼크( Quark) 란?

[유토피아]

쿼크(Quark)는 현재까지 발견된 최고로 작은 입자인, 물질을 구성하는 최소 단위 알갱이다.

물질의 형태를 만드는 가장 작은 알갱이, 즉 물질을 구성하는 기본적인 소립자로, 원자의 핵을 구성하는 양성자와 중성자를 만드는 아주 더 작은 소립자다.

6가지 종류가 있으며 현대 물리학자들은 이들을 up/down 쿼크, charm/strange 쿼크, top/bottom 쿼크 등 3개의 쌍으로 분류하고 있다.

물질은 쪼개고 또 쪼개어 더 이상 쪼개지지 않는 단계의 알갱이가 수 없이 많이 모여 이루어진 것이다.

1800년대에 영국의 돌턴이 제시한 원자론을 바탕으로 많은 과학자들이 물질의 성질을 탐구해왔고,

1900년 전후에는 원자를 구성하는 입자는 더 작은 양성자와 중성자, 전자로 이루어져 있음을 밝혀냈다.

이후에도 과학자들은 끊임없이 물질을 이루는 기본 단위 입자를 분석하는 연구를 했고,

1964년 머리 겔만(Murray Gell-Mann)과 조지 츠바이히(George Zweig)는 양성자와 중성자를 구성하는 더 작은 입자의 존재를 발견하여 쿼크(quark)라고 명명했다.

1968과 이듬해에 미국의 물리학자 프리드먼(Jerome Isaac Friedman)과 켄들(Henry Way Kendall) 그리고 캐나다의 물리학자 테일러(Richard Edward Taylor)는 전자가속기를 사용한 'SLAC-MIT 실험'을 통하여 '쿼크'의 존재를 입증했다.

이리하여 현대 과학에서 "원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있고, 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있고, 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자는 더욱 작은 초 소립자인 쿼크로 이루어져 있다"는 사실이 밝혀졌다.

쿼크의 종류는 6종이며 up/down 쿼크, charm/strange 쿼크, top/ bottom 쿼크 등 3개의 쌍으로 분류하고 있다.

쿼크는 입자가속기의 기술이 발전되어 발견할 수 있게 된 것이다.

1977년까지 5종류의 쿼크를, 1995년에 페르미연구소에서 top quark를 발견하여 현재 모두 6종류의 쿼크가 설명되고 있다.

• 1
• 2

• 1양성자

  q=+e

• 2중성자

  q=0

원자의 중심에 있는 원자핵은 양성자와 중성자로 되어 있는데, 양성자는 전하가 인 up quark 2개와 전하가 인 1개의 down quark로 이루어져 있어 ＋1의 전하를 갖는 입자다.

 또한 중성자는 2개의 down quark와 1개의 up quark로 이루어져 있어 전하가 중성인 입자다.

이와 같이 쿼크는 분수값의 전하를 갖는 특성이 있으며 또한 쿼크와 쿼크를 결합시키는 접착제 역할을 하는 입자는 글루온(gluon)이고,

이를 결합시키는 강한 힘은 쿼크의 색깔 종류에 따른다고 설명하는데 이 이론을 양자색역학(量子色力學, quantum chromodynamics)이라 한다.

물질의 가장 기본이 되는 입자는 아주 오래전부터 현재까지 화학자의 가장 기본적인 궁금증으로 끊임없이 연구되고 있다.

물질을 이루는 가장 작은 입자를 '원자'라 하고, 이는 깨질 수 없는 진리처럼 여겨왔지만 원자는 많은 종류의 입자들이 모인 알갱이고, 현재 가장 작은 입자가 쿼크라고 밝히고 있다.

 하지만 쿼크 또한 더 쪼개질 수 있는 가능성이 있다고 한다.