크기는1조분의 1 mm|물질근원의 열쇠…2천여종 발견

우주를 비롯해 이 세상을 구성하는가 기본이 되는 물질은 무엇인가.
2천6백여년전 그리스의철학자「탈레스」는 만물의 근원을 「물」 이라 했으며 이후 「아리스토텔레스」는 흙·물·공기·불의 4원소설을 주장했다. 또 2천4백여년전, 「데모크리토스」는 인간은 알수없은 것이지만 만물을 구성하는 물질은 아톰(원자)이라고 이름을 붙였다.
아뭏든 인간은 수천년전부터 직관으로 만물은 기본적인 물질로 되어있다는 생각을해왔다. 이것이 1803년 영국의 화학자「달론」 이 원자논을 발표함으로써 현대적인 미소세계의 연구가 시작되었다. 그럼 인간이 탐구해낸 궁극의 물질은 어디까지 갔는가. 여기 나무토막이 있다고하자. 이것을 자르고 갈라서 더 이상 자르면 나무토막의 성질을 잃기직전의 물질이 된다. 이것을 분자라 부른다. 즉 분자는 나무토막의 성질을 갖고있는 최소의 단위인 셈이다. 분자는 다시몇개의 원자로 나누어진다.
이 원자는 다시 전자· 양성자· 중성자로 구성되는데 특히 양성자와 중성자는 원자액을구성한다. 원자핵이 깨지는 현상이 바로 핵분열로 원자폭탄의 원리도 우라늄의 원자를 깨뜨리는 것이다.
1930대초까지는 이들 윈자를 구성을은 물질이 기본물질로 받아들여져왔으나 곧 물리학자들의 끊임없는 노력으로 소립자라는 통칭으로 불리는 2천여종의 극미의 입자들이발견됐다. 이 소립자들은 다시 쿼크라는 5∼6개의 기본입자로 구성되어있지 않나하는것이 오늘날까지 밝혀진 궁극의 물질이다.
원자의 크기는 보통 3억분의1cm이며 원자핵은 원자보다 더욱 작아 원자의 약10만분의1정도다. 질랑은 수소원자가 10의 24제곱분의1·679g, 전자는 다시 수소원자의 1천8백분의1의 질량을 갖고있다. 원자핵은크기에 비해 상당히 무거워 l입방cm안에 수소원자핵을 모두 채운다면 1억'의 무게가된다고 한다(수소원자는 양성자 1개, 전자1개로 구성되어있다).
소립자의 크기는 보통1조분의1cm이하다. 이런 초극미의 세계에서는 전혀 상식이 통하지 앉는 별천지가 된다.
그 하나가 1925년 독일의 을이덴베르크에 의해 주장된 부확정성의 원리다. 이말은 20세기를 풍자하는 말로 희자되기도 했는데 한마디로 소립자의 세계에는 위치와 속도를 「동시에」 정확하게 측정할수 없다는것이다.
소립자를 측정한다는것 자체가 소립자에 영향을 주어 교란을 일으키기 때문에 이미 측정한 내용은 의미가 없다는 얘기다. 한마디로 아무런 영향없이 물체의 운동을 측정한다는 것은 불가능하다는 논리다. 한예로 투수가 던진 야구공의 속도를 재기위해 빛을비추면 운동에 변화가 있을수 없지만 소립자의 세계에서는 심하게 교란을 받는다. 따라서 소립자 세계에서 위치를 나타낼때는 어느 범위사이에 있을 것이라는 표현을 쓴다. 과학자들은 이것을『소립자는 어디에도 있을수있고 어디에도 없다』 고 표현하기도 한다.
또 소립자의 세계에서는 물질과 에너지의관계가 모호한테 입자들은 보통 에너지덩어리로 취급되어진다.
1921년 「아인슈타인」 은 상대성이론이 아닌 빚을 에너지덩어리로 취급한 광단자세로 노벨상을 타기도 했다.
이런 소립자 세계를 연구하은 학문이 소립자물리학이며 주된 연구기계가 입자가속기는. 전자를 띤 소립자들을 가속하는 장치로 TV속에도 전자총이라고 불리는 간단한 전자가속기가 있다.
이것은 바로 브라운관에 들어있는데 필라엔트에서 나온 전자는 전압에 의해 가속되고 방향을 맞춰 화면의 형광판에 부닺쳐 빚을 내는 것이다.
이것을 보다 대규모로 만들어 가속된 입자로 원자핵이나 소립자들을 깨뜨려보는것이입자가속기다. 이때 일어나는 핵반응과 새로생성되는 입자를 추적항으로써 근본적인 원자구조를 추적하는 것이다. 세계적인 입자가속기연구소로는 미국의 페르미연구소·스탠퍼드대연구소·유럽핵연구센터 (CERN) 등이유명하다. 특히 CERN은 제네바근교 산밑에 터널을 뚫는27km나 되는 원형가속기를설치중에 있다.
이 연구소들은 1년에 1억달러의 연구비를 쏟고 있다. 그것은 초징소세계의 연구가언젠가 만물의 긍적적인 기본은 무엇이며 자연은 어떤 힘에 의해서 지배되고 유지되는지 우주의 영원한 수수께끼를 푸는 열쇠를갖고있기 때문이다.