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@Chapter.
26. Symmetry and appearance of a thinking 2

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입자들 정리 도표.
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입자 물리학의 실험도구는 입자가속기이다. 한국 포스텍에 있는건 방사선 가속기로서 출력되는 케이컬이 엑스레이나 빛을 이용하는 것이다. 차지가 된 입자를 가속을 시키면 일렉트론 마그네틱 필드가 나온다. 이걸 이용하는 것이다. 입자가속기에서하는건 양성자와 양성자, 양성자와 반양성자, 전자와 반전자를 거의 광속에 가깝해서 해서 충돌시키는 거다.

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양자 색채 역학 QCD. 전자나 양성자는 전기적 전하를 띄는데 쿽은 색깔 전하를 띈다. 칼라 전하라는 말을 쓰고 그것이 강력이다.

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페르미온이든 보존이든 우주에 존재하는 모든 입자들이 따르는 통계 역학이 있다. 양자역학에서 통합되면서 양자통계역학이라는게 생겼다. 양자통계역학에서 대표적인게 세가지이다.

도표.
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우주에 존재하는 모든 입자의 확률변수(확률모형)은 다음 세가지 distribution 을 따른다.

    1. Maxwell-Boltzmann distribution.
    1. Boson-Einstein distribution.
    1. Fermi-Dirac distribution.

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우주의 모든 입자는 스핀이 정수인 보존입자와 스핀이 반정수인 페르미온으로 나뉜다. 그러한 분류법에 기준이 되는것은 이 두 종류의 입자들이 따르는 통계 분포가 다르다. 스핀이 정수인 보존입자는 보존-아인슈타인 분포를 따르고 스핀이 반정수인 페르미온은 페르미-디락분포함수를 따른다.

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페르미온이 갖는 특징 중 하나는 물질입자이기 때문에 하나의양자상태에서 하나의 입자밖에 들어갈수 없다 는 파울리 배타원리 가 적용된다는 것이다. 페르미-디락 분포 는 파울리 배타원리가 적용된다.

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힘을 매개해주는, 포톤, 글루온, $W^{+}, W^{-}, Z_{0}$, graviton, 스핀이 정수인 보존은 보존-아인슈타인 분포 를 따르고 이러한 보존-아인슈타인 분포 를 따르는 입자들의 중요한 성질은 한 퀀텀 스테이트에 무한히 많은 입자가 들어갈수 있다는 것이다.

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양성자가 들어갈수 있는 스테이트가 하나, 전자가 들어갈수있는 스테이트가 하나. 양성자 하나와 전자가 모인게 수소원자이다. 70\%가 수소원자인데 천문학자들이 제일 먼저 했던일이 수소원자의 지도, 분포를 보는 것 이었다. 그러면 별, 갤럭시 들이 어디있는지 알수 있으니까. 그러면 수소원자가 분출하는 전자기파를 지구에서 수신해야한다. 그 파가.. 수소원자를 구성하는 양성자의 스핀이 업, 전자의 스핀방향이 업, 두개의 퀀텀스테이트가 플립오버 될수 있다. 양성자와 전자가 있을때 두개가 동일한 스핀(업업)을 같거나 반대방향(업다운) 두 스테이트를 가질수 있다. 그런데 패럴렐 스테이트와 안티페럴렐 스테이트의 에너지가 아주 미세하지만 다르다. 그 에너지를 파장 환산하면 그 유명한 21센티 파가 된다. 지구상의 전파망원경의 상당수가 21센티파에 기준으로 맞춰져있다. 다행히 지구대기는 21센티파를 감쇄하지 않고 윈도우 역할을 하고 있다.

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놀라운대칭성 책, strange beauty 책.

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영상. 틸라코이드 막에서 일어나는 탄소동화작용의 일부를 설명. 엽록체 막에서 막단백질에 의해서 생화학반응인데 막단백질 쪽으로 물분자가 올라와서 물이 분해된다. 분해되서 수소원자핵이 나오고 산소는 대기중으로 분출이 되고, 우리가 숨쉬는 산소가 지원이 여기서 된다. 번쩍하는게 태양이다. 햇빛이 PS광계2, 광계1 에서 빛이 흡수가 된다. 이 흡수되는 포톤에 의해서 물이 분해가 되고 산소가 부산물로 나가고 여러가지 작용을 한다.

빛이 여기서 저기로 움직인다. (그것에 호응해서, 결과로서)
전자가 여기서 저기로 움직인다. 막단백질 사이사이에서 움직이는게 전자이다. 에너지를 흡수해서 하이에너지 전자가 된것이 막단백질을 통해서 에너지를 단계적으로 낮추면서 여러가지 생화학반응을 일으키는 것이다. 그래서 미토콘드리아 내막과 엽록체 틸라코이드막에 일어나고 있는 현상을 생화학적으로 전자전달계 시스템이라고 표현한다. electron transfer system. 전자가 이쪽에서 저쪽으로 트랜스퍼함.
전자가 빛을 흡수하거나 방출할 수있다. 물분해 에서 생긴 일렉트론이 태양에서 온 빛을 흡수한다. 그리고 전자전달계를 돌면서 하이에너지 전자의 에너지가 낮아지면서 광합성이 일어난다.

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지구상의 모든 생명체의 에너지의 기원이 탄소통화작용이고, 탄소동화작용을 입자물리학적으로 한마디로 표현하면 빛이 여기서 저기로 움직였고, 그 결과로 전자가 여기서 저기로 움직였고, 그 전자는 빛에서 온 에너지를 흡수하거나 방출할수 있어서 모든현상(예를들어 광합성)이 일어나는 것이다.

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$10^{-10} $초 거의 찰나동안 쿽, 글루온, 타우입자, 뮤온입자, 일렉트론, 포톤, w입자 등 이런게 있었다.

도표. 393f90d2-6743-4e8d-bffc-bf12c4236ff4

$10^{-5} $ 초 쯤 되면 포톤, 뉴트리노, 글루온, 일렉트론,,,

100초(3분쯤) 알파파티클이 형성됨. 쿽들이 confine된다. 쿽하고 안티쿽이 모여서 메손이되고 쿽세개가 모여서 하드론이 된다.

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표준모형모델에서 노벨 물리학상이 적어도 20명 이상이 들어있다. 이휘소박사가 한것도 약한상호작용 그쪽에 관련된 거였다.

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스피반정수인 페르미온(렙톤+쿽) 그입자들을 연결해주는 스핀이 정수인 보존이 있다. W,Z는 1983년도쯤 발견해서 노벨상을 받음. 포톤은 노벨상을 아인슈타인이 1905년도에 광전효과로 받았다.

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meson은 중간자이다.

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$n \rightarrow p + e + \bar{\nu}_{e}$
n은 989 MeV(메가일렉트론볼트)이다. p는 988 MeV. 중성자가 양성자보다 약간 에너지가 높다. 그래서 위와같이 붕괴한다. 그런데 왜 양성자는 붕괴안되는가? 왜냐하면 하드론중에 양성자보다 질량이 작은 하드론이 없기때문이다. 그러니까 더 밑으로 떨어질수가 없는것이다.

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일렉트론이 왜 안정상태이냐? 렙톤중에(일렉트론뉴트리노$\nu_{e}$, 일렉트론e, 뮤온뉴트리노$\nu_{\mu}$, 뮤온$\mu$, 타우뉴트리노$\nu_{\tau}$, 타우$\tau$) 일렉트론보다 가벼운 렙톤이 없다. 일렉트론이 1C이라는 차지를 담고있다. 일렉트론이 붕괴되면 1C이라는 차지를 다른데서 담아야하는데 그걸 담을수 있는 일렉트론보다 질량이 더 적은 렙톤이 현재까지는 존재하지 않는다. 그래서 일렉트론은 붕괴되지 않는다.

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쿽들이나 이런 입자들이 어떻게 발견되었는가? 입자가속기에서 입자충돌시험에 의해서 발견되었다. 입자가속기중 시카고에 있는 페르미랩 입자가속기에 대해 조금 알아보자. 직경 6km정도되는 원. 양성자 생성기가 있다. 선형가속기를 통과시켜 양성자를 가속시킨다. 일차적으로 조그마한 원형가속기를 통과시킨다. 이걸 부스터라고 한다. 메인 가속하기전에 초기적으로 가속을 시키는 것이다. 그래서 가속된 양성자가 메인 원형가속기에 들어간다. 또하나의 부스터가 있는데 이것은 반양성자링 으로서 여기서는 반양성자를 받아서 저장했다가 가속시킨후 반양성자를 메인 원형가속기에 반대방향으로 입력해준다.

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1mm에 100억개의 양성자가 있다. 또 100억개의 반양성자가 있다. 이것들이 1초에 30만번 돌면서 무작위로 충돌한다. 그 과정에서 94년인가 탑쿽이 발견됨.

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우주에는 공부해야할 방정식이 크게 5가지가 있다.

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F=ma 뉴턴방정식.
이걸 포함하는게 슈뢰딩거 방정식이다. $H\Psi = E\Psi$ 슈뢰딩거 방정식에서 사실상 양자역학이 출발하는것이다.
슈뢰딩거방정식을 상대성이론적으로 확장한 방정식이 디락방정식이다. 여기서 처음으로 반물질이라는 개념이 나왔다. 일렉트론의 스핀이 설명된다.
더큰 방정식은 이강의의 주제인 양밀즈방정식이다. 이 방정식이 내세운 원리가 대칭성이다. 그리고 이러한 집합과 부분집합으로 있는 방정식이 아인슈타인의 중력장방정식이다.
위 다섯가지 방정식을 통합하는게 아인슈타인이 말하는 대통일장이론이다.