[문화뉴스 MHN 권성준기자] 기원전 450년경 그리스 철학자 데모크리토스(Democritus, BC.460~BC.370)는 원자에 더 이상 쪼갤 수 없다는 의미를 가진 '아톰(Atom)'이라는 이름을 붙여주었다.

그러나 1909년 영국의 물리학자 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)가 원자는 원자핵과 전자로 이루어졌음을 밝혀내어 원자도 더 작은 입자들로 쪼개짐을 보여주었다.

이후 원자핵은 영국의 물리학자 제임스 채드윅(James Chadwick, 1891~1974)에 의해 양성자와 중성자로 이루어졌음이 알려졌다.

1960년대에 실험을 통해 수없이 많은 강입자들이 발견되면서 양성자와 중성자 또한 더 작은 입자로 이루어졌을 것이라 생각하게 되었고 1964년에 미국의 물리학자 머리 겔만(Murray Gell-Mann,1929~2019)은 입자의 기본 요소 중 하나로 쿼크의 개념을 도입했다.

겔만은 우주에 있는 모든 물질을 구성하는 기본입자를 표준 모형을 통해 나타내었으며 표준 모형에는 업, 다운, 스트레인지, 참, 탑, 바텀 총 6개의 쿼크가 있다.

표준 모형의 도입으로 "기본 입자의 분류와 상호작용의 발견"에 대한 공로가 인정받아 겔만은 1969년 노벨 물리학상을 수상한다.

이 중 일상에서 존재하는 모든 물질들은 업 쿼크와 다운 쿼크로만 이루어져 있으며 두 쿼크의 모임에 따라 양성자와 중성자의 구분이 가능하다. 나머지 네 쿼크는 자연상태에는 거의 존재하지 않는다.

양성자는 업 쿼크 2개, 다운 쿼크 1개로 이루어져 있으며 중성자는 업 쿼크 1개, 다운 쿼크 2개로 이루어져 있다. 따라서 업 쿼크는 +2/3 다운 쿼크는 -1/3의 전하량을 가진다고 여겨진다.

또 이들은 전자기적인 반발력보다 훨씬 강력한 강한 핵력에 의해 결합되어 있으며 글루온이라고 하는 입자를 통해 묶여있다고 여겨진다. 글루온 또한 표준 모형의 일원이다.

쿼크의 존재는 1968년 미국의 물리학자 제롬 프리드만(Jerome Fridman, 1930~), 헨리 켄들(Henry Kendall, 1926~1999), 리처드 타일러(Richard Taylor, 1929~2018)가 발견했다.

쿼크는 자연상태에서 혼자 있기엔 불안정한 입자이기 때문에 이들은 입자가속기를 통해 가속된 전자를 양성자에 쏘아 주어 전자가 산란되는 것을 통해 쿼크의 존재를 간접적으로 입증하였다.

이들은 쿼크 발견에 대한 공로를 인정받아 1990년 노벨 물리학상을 수상하였다.

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[MHN 과학] 우주의 근원을 찾아라, 1990년 노벨 물리학상: 쿼크 입자

양성자, 중성자를 이루고 있는 더 작은 입자 쿼크
1964년 겔만에 의해 이론적으로 예측, 1968년 프리드만, 켄들, 타일러에 의해 발견