쿼크

1964년에 인도 출신의 캘리포니아공대(CIT) 물리학자 겔만(Murray Gell-Mann)은 양성자(Photon)와 중성자(Neutron) 같은 소립자가 세 개의 쿼크(Quark)라고 부를 수 있는 더 기본이 되는 입자로 구성되어 있다면 그 동안 관찰한 소립자들 사이에서 규칙적으로 일어나는 성질을 설명할 수 있다고 제안하였다. 그리고 쿼크가 소립자의 구성 입자가 되려면 쿼크는 질량이나 전하(Charge)와 같은 고유한 성질 외에도 다른 성질을 더 지니고 있어야만 했다. 그뿐 아니라 질량은 한가지 종류, 전하는 두가지 종류로 나뉘는데 반하여 쿼크가 지니고 있는 이 다른 성질은 세가지 종류로 나뉘어야만 했다.

세가지 종류로 나뉘는 성질의 이름으로 마땅한 것이 바로 생각나지 않았다. 그런데 이 경우에 사용하기에 딱 알맞은 것이 있는데 그것이 바로 빛의 삼원색이다. 두가지 종류로 나뉘는 전하의 경우 두 종류가 같은 양으로 섞여 있으면 전기적으로 중성임을 나타내기 위해 양전하(+)와 음전하(-)로 구별하는 것이 아주 그럴 듯 하였다. 쿼크가 지닌 이 성질도 양성자와 중성자의 외부로는 전혀 나타나지 않는다. 빛의 삼원색은 세 종류가 알맞게 섞이면 백색(White Light)이 된다. 그래서 쿼크가 지닌 이 세가지 종류로 나뉘는 성질의 이름을 색(color)이라고 부르며 빛의 삼원색을 따서 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)으로 구별한다.

양성자나 중성자를 이루는 쿼크에는 이들 삼원색이 잘 섞여 들어있어서 양성자나 중성자의 외부에서는 색을 전혀 지니지 않은 것으로 보인다. 그리고 이들 색 사이의 상호작용을 강상호작용(强相互作用) 또는 강력(强力)이라고 부르며 이것이 자연계에 존재하는 세 번째 기본 상호작용이며 세 번째 힘이다. 강력은 오로지 양성자나 중성자 같은 소립자 내부에서만 작용하며 이들 소립자의 구성을 책임진다. 어떤 쿼크든지 이 세가지 색중에서 어느 한가지 색을 가질 수 있다. 즉 u쿼크가 Red 일수도 있으며 Green 일수도 있고 Blue 일 수도 있다. 그리고 쿼크의 반입자는 이 색들의 보색을 가지고 있다. 이러한 빛의 삼원색 베이스의 쿼크들의 상호작용을 양자색력학(量子色力學, Quantum Chromo Dynamics or Theory of Color Interactions) 이론 이라고 한다.

겔만(Murray Gell-Mann)은 이들 「기본 소립자(elementary particles)의 분류 및 상호작용에 대한 발견」으로 1969년 노벨 물리학상을 수상하였다.

글라쇼(Sheldon Lee Glashow)는 1979년 소립자들간의 약력 및 전자기력의 통합 이론 으로 노벨 물리학상을 수상했다.

소립자에 대해 더 많이 알게 되고 물리학의 기본 이론이 발전함에 따라서 쿼크의 수도 조금씩 늘어나기 시작하였으나 쿼크의 경우에는 계속 많이 불어나는 것이 아니라 여섯 개에서 늘어나는 것을 멈추었다. 그렇게 상당한 기간이 경과한 뒤 지금은 소립자의 성질이나 그 밖에 자연의 동작원리를 설명하는 것이 어느 정도 안정되게 자리잡게 되었고 이제 가능한 거의 모든 실험을 설명할 수 있는 이론을 갖게 되었다.

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