우주생성.진화의 열쇠 T쿼크 베일벗다-美페르미硏

최근 미국 페르미 국립연구소가 현대물리학의 숙제로 남아있던 t(top) 쿼크(Quark)를 발견함으로써 쿼크이론이 확고히확립돼 물질의 근본구조 규명이 한층 활기를 띠게 됐다.
톱 쿼크는 존재가 예견됐던 6개의 쿼크중 마지막으로 발견된 소립자(素粒子)로 77년 b(bottom)쿼크가 발견된 이래 무려 18년만에 존재가 확인된 것이다.
이 분야는 77년 미국에서 불의의 교통사고로 사망한 이휘소(李輝昭.벤저민李)박사가 세계적인 권위를 인정받은 일도 있어 우리와 인연이 깊다.
◇쿼크란=모든 물질은 원자라는 기본단위로 구성돼 있으며 원자는 핵과 그 주위를 돌고있는 전자로 이뤄져 있다.핵은 양성자와중성자로 구성돼 있는데 이 양성자와 중성자를 이루는 것이 쿼크라는 기본적 입자다.따라서 쿼크는 현재로선 물질 을 구성하는 가장 작은 입자가 되는 셈이다.
쿼크는 u(up),d(down),s(strange),c(charm),b,t등 6종으로 모두 전하(電荷)를 띠며 각각 다른질량등 특성을 갖고 있다.
◇쿼크 발견史=u.d.s쿼크는 지난 64년 이론이 정립,존재가 확인됐다.c쿼크는 74년11월 미국 부르크 헤븐 연구소의 새뮤얼 팅과 스탠퍼드 선형가속기 연구소의 버튼 리히터가 처음 발견,이들은 76년 그 공적으로 노벨물리학상을 받 았다.
당시 미국에서 연구중이던 이휘소 박사는 74년 여름「c쿼크의탐색방법」이라는 논문을 발표했는데 바로 몇개월뒤 위의 두사람에의해 c쿼크의 존재가 확인된 것이다.
t쿼크의 존재가 확인되지 않았던 것은 이제까지 질량이 가장 컸던 b쿼크가 수소원자의 5배 정도인데 비해 t쿼크는 2백배로워낙 커 이를 검출하는데 높은 충돌에너지가 필요했기 때문.
페르미 연구소의 DZero.CDF 두 연구그룹은 둘레가 무려6㎞나 되는 세계최대의 테바트론 입자가속기로 확인했다.즉 9천억전자V 에너지로 양성자와 반(反)양성자를 광속에 가깝게 가속시켜 초당 6만번 이상 충돌시키는 과정에서 대폭 발로 우주가 탄생한 직후와 같은 고온상태가 되면서 t쿼크가 생긴 것을 검출기로 발견한 것이다.
◇발견의 의미=쿼크는 물질의 가장 기본단위로 물질의 궁극적 구조를 이해하는데 도움을 줄뿐 아니라 우주생성과 진화과정을 밝히는 결정적 단서를 제공해줄 것으로 기대되고 있다.원시의 우주는 「빅뱅」으로 불리는 대폭발에 의해 원자가 급■ 팽창,생성된것으로 믿어지기 때문이다.
李起俊기자 ◇도움말=姜周相(고려대 물리학과).金東熙(경북대 물리학과).金善基(서울대 물리학과)교수