반물질(antimatter)도 물질(matter)과 같다. 단지 전하가 반대인 물질일 뿐이다.
물질과 반물질이 만나서 빛으로 사라지는 쌍소멸,
빛이 갑자기 물질과 반물질을 만드는 쌍생성
물질과 에너지의 변환이 신기한 걸까?
여러분의 의견은 어떤가요?
예로부터 빛은 신비로운 대상이었다. 일상에서 친근한 빛이고, 태양 빛은 지구 에너지의 근원이기도 하다. 그러나 빛을 온전히 이해하게 된 것은 인간의 역사에서 100년도 되지 않았다. 과학자들이 빛 자체와 빛나는 자연현상을 이해하고자 하면서, 전파통신도 가능해졌고 양자이론과 상대성이론으로 대표되는 현대물리학이 열렸다. 물론, 머나먼 우주에서 지구로 내리는 빛은 현재 우주의 모습만이 아니라, 우주 탄생의 이야기를 들려주기도 한다.
아리스토텔레스도 빛을 물질을 구성하는 4원소에 넣지는 않았듯이, 오랫동안 빛은 물질과 다른 무엇이라고 생각해왔던 것 같다. 지금도 그렇게 이야기하는 경우가 적지 않다. “전자와 반전자가 빛으로 소멸하다니! 어떻게 물질이 사라질 수 있지? 마법 같은 일이야!”이렇게 말하는 것을 가끔 볼 때가 있다. 물질이 사라지기도 하고, 빛에서 물질이 나오기도 하니 정말 신기하다고 생각할 수 있다.
그런데, 물리학의 가장 근본적인 관점에서 보면 빛 역시도, 물질과 다른 에너지라고 하기보다는 전자나 쿼크와 같은 물질 중의 하나로 보는 것이 더 자연스럽다.
자연의 가장 기본적인 영역을 연구하는 입자물리학의 표준모형은, 세상을 이루는 궁극의 물질인 기본입자들의 목록과 기본입자의 속성을 제시한다. 우리가 통상적으로 물질이라고 부르는 것은 궁극적으로 스핀 ½의 페르미온인 렙톤과 쿼크로 구성되었고, 중력을 제외한 3 개의 힘(상호작용)은 스핀 1의 보손이 매개한다. 이 외에 물질에도 힘에도 직접적으로 참여하지 않지만, 기본입자와 상호작용하며 질량을 주는 스핀 0 인 힉스 입자가 있다. 위의 그림에서 보듯이 물질을 구성하는 페르미온만이 아니라, 힘을 매개하는 어떤 입자들(Z, W+, W–)은 복합물질인 양성자보다 훨씬 무겁기도 하다.
빛(photon)은 표준모형에서 볼 때, 자연스럽게 나타나는 기본입자들 중의 하나일 뿐이며 여기서 구태여 물질과 에너지로 나누는 것은 지나치게 고전적인 관점으로 보인다.
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