목차
1 개요
물질을 구성하는 미세한 크기의 물체. 밑의 소립자 뿐이 아니라 원자, 분자, 콜로이드 입자 등 뭐든 작은 물체를 뜻한다. 입자의 성질은 보통 파동의 성질과 대치되는 개념으로서 쓰인다.
빛이 입자냐 파동이냐에 대한 논의는 한동안 20세기를 달군 떡밥이었지만, 결과적으로 빛을 포함한 모든 물질들은 입자와 파동의 이중성을 띄고 있다고 결론났다. 광전효과와 빛 항목 참고.
2 페르미온과 보손
모든 입자는 스핀값에 따라 페르미온과 보손으로 나뉜다. 여기서 말하는 입자는 소립자를 포함한 모든 종류의 입자다. 즉, 원자도 페르미온과 보손으로 나뉜다.
- 페르미온 : 스핀 수가 1/2, 3/2, 5/2... 식으로 증가하는 입자. 우주를 구성하는 것이며 상호 작용이 가능한 입자이다. 쿼크와 렙톤은 모두 페르미온이다. 페르미-디랙 통계를 따르는 입자. 파울리의 배타원리를 따르기 때문에 중첩되어 있을 수 없다. 즉, 같은 상태(state)에 존재할 수 없다. 또한, 보손과는 달리 그 수가 보존된다.
...언어유희? - 보손 : 스핀 수가 정수인 입자. 페르미온과 다르다. 기본적인 상호작용을 매개하는 것들. 보즈-아인슈타인 통계를따르는 입자다. 파울리의 배타원리를 따르지 않기 때문에 중첩되어 있을 수 있다. 같은 에너지 상태에 존재할 수 있다는 뜻으로, 레이저를 생각해보면 편하다.
3 현실의 입자
3.1 원자보다 큰 입자
3.2 원자
3.3 소립자
원자보다 작은 입자. '원자보다 작은 입자'라는 뜻으로 아원자 입자(亞原子粒子)라고도 불린다.
작을 소(小)가 아니다. 소립자(素粒子, Elementary Particle)
일단 기니까 간단히만 짚고 넘어가자. 이정도만 알아도(사실은 몰라도) 사는데 지장없다.
1.물질은 페르미온으로 구성된다.
2.물질의 상호작용은 보손으로 매개된다.
3.전자는 경입자(lepton)의 일종이며, 경입자는 페르미온에 속한다.
3.3.1 기본 입자
자세한 내용은 모두 각 문서 참조.
파일:Attachment/표준모형.png
| 기본 입자 | ||||||||
| 페르미온 | 보손 | |||||||
| 쿼크 | 렙톤 | 게이지 보손 | 스칼라 보손 | 메손 | ||||
| 위 | 아래 | 전자 | 전자 중성미자 | 글루온 | 중력자 | 힉스 보손 | 케이온 | |
| 맵시 | 기묘 | 뮤온 | 뮤온 중성미자 | 광자 | ||||
| 꼭대기 | 바닥 | 타우온 | 타우 중성미자 | W/Z보손 | ||||
다른 입자를 구성하는 기본 중의 기본. 현재 정설인 '표준 모형'에 따른 입자들이다. 이거보다 더 아래가 있는지는 아직 잘 모른다. 그리고 점입자다. 전자나 쿼크의 반지름이 얼마에요? 라고 묻는다면 그 답은 0이다.
- 쿼크(quark) : 피네간의 경야의 구절에서 따온 이름이다. 이름이 업/다운(up/down), 참/스트레인지(charm/strange), 탑/바텀(top/bottom) 같은 식으로 요상하다. 전하량이 분수이다. (양자 색역학에 따르면)단독으로 발견될 수 없으며, 다른 쿼크와 짝지어 또는 셋이 모여 다녀야 한다. 그리고 이놈들은 색(color) 이라는 물리적 특성 때문에 짝지었을 때 반드시 무색이 되어야 한다. (눈에 보이는 색을 띈다는 소리가 아니다! 전자의 스핀이 실제 스핀이 아닌것과 마찬가지로, 그저 붙여놓은 용어일 뿐이다.)각각 빨강, 초록, 파랑 색. 당연히 쿼크에 대한 반입자로 반쿼크가 존재한다.
- 렙톤(lepton) : 전자/양전자(electron/positron), 뮤온/반뮤온(muon/anti-muon), 타우온/반타우온(tauon/anti-tauon)'으로 짝지을 수 있는 하전입자군과, 각각의 하전입자에 대응하는 중성미자군이 있다. 얘네들은 정수 전하량을 가지며, 역시 맛(flavour)
???다음은 냄새이라는 물리적 특성이 있다. 같은 맛을 가지는 경입자들은 반응 과정에서 보존된다. 다른 입자에 비해 가볍다고 렙톤인데, 타우온은 양성자보다 무겁다. 대충 이름붙였다가 나중에 후학들을 헷갈리게 하는 예. 그리고 전자의 반입자인 양전자는, 폴 디랙이 이걸 물리학적으로 제안(1928)하고 칼 앤더슨이 발견(1932)[1]했는데, 당시까지는 반물질에 대한 개념 자체가 희박했었다. 나중에 아이작 아시모프가 소설에서 쓴 양전자가 더 유명하다. 이 소설에서 양전자 두뇌(positronic brain)와 설명을 로봇의 지능을 도입하는 데 활용했다. 그래서 '양전자'라는 단어의 저작권자가 아이작 아시모프다.
- 게이지 보존(gauge[2] boson) : 자연계의 4가지 기본 상호작용의 매개가 되는 입자. 광자, W입자, Z입자, 글루온 등이 있다. 광자는 전자기력, W, Z입자는 약한 상호작용, 글루온은 강한 상호작용을 매개한다. 중력자라는 것도 있는데 이 입자는 중력을 매개하는 힘으로 아직 발견되지 않았다. 중력 항목 참고.
- 힉스 보존(higgs boson) : 1964년 영국의 이론물리학자인 피터 힉스(Peter Higgs)가 주장 하고 2013년 실제로 발견된 입자로, 게이지 보존이 아닌 '스칼라 보존'이라는 다른 종류의 보존이다. 이 우주 전체에 가득 들어차 있다는 입자. 이 입자들과 관련된 힉스 매커니즘이 바로 우리들이 잘 알고 있는 질량과 관성을 만들어내는 것이다. 개념의 도입과 발견에 대해서는 힉스 입자 항목 참조.
3.3.2 합성 입자
합성되었지만, 아직 원자보다 작은 입자. 원자핵, 중성자, 양성자 같은게 여기에 속하며, 기본 입자들이 상호작용하여 만들어진 것이어서 크기가 존재한다.
- 강입자(hadron)[3] : '강력'과 연관된 입자. 쿼크와 글루온으로 구성된다. 이것들은 일상적인 물건은 아니며, 실험을 통해 찾아내 어진 것들이 대부분이다. 이 입자들은 양자색역학에 따라 무색의 입자여야만 한다. 자세한 항목은 게이지 보손의 글루온 항목 참고.
- 원자핵 : 원자를 구성하는 입자. 원자핵을 구성하는 입자를 핵자, 핵자를 연결시키는 힘을 핵력이라 부른다. 당연히 핵자는 양성자와 중성자를 싸잡아 부르는 용어고, 핵력은 강력의 일종이다.
4 가상의 입자
4.1 미노프스키 입자
기동전사 건담 시리즈에서 온갖 부분에 사용하는 입자이다.
4.2 코지마 입자
아머드 코어 4 와 포 앤서에서 다루는 가상 입자.
4.3 GN입자
기동전사 건담 00에서 등장하는 코지마 입자와 미노프스키 입자의 후손(?). 이하생략.
4.4 제플입자
은하영웅전설에 등장하는 입자. 어쨌든 소립자의 범주에 들어가는 다른 입자들과는 달리 이쪽은 소립자라기보단 일종의 화합물이다.