우주에는 물질 외에도 반물질이 있습니다. 물질과 질량은 같지만 전하가 다르죠.
예를들면 전자의 반물질인 양전자는 양의 전하를 갖고 있으며, 양성자의 반물질인 반양성자는
음의 전하를 갖고 있습니다. 기본 입자인 쿼크의 반물질은 반쿼크를 말하죠.
온도가 매우 높은 상태에서는 물질과 반물질이 충돌하여 소멸하고 두 가닥의 빛으로 바뀌는
쌍소멸 반응과 두 가닥의 빛이 충돌하여 물질과 반물질로 바뀌는 쌍생성 반응이 쉽게 일어납니다.
빅뱅 초기에는 이런 반응이 무수하게 일어났기 때문에 빛과 반물질의 구분이 명확치 않았습니다.
쌍소멸 반응은 자유롭게 일어나는 반면, 쌍생성 반응이 일어나기 위해서는 빛이 가진
에너지가 물질의 에너지보다 높아야하죠.
에너지가 높은 빛일수록 더 무거운 입자를 생성할 수 있고, 빛이 가진 에너지가 충분치 않다면
빛끼리 충돌하여 만들어진 입자는 가벼울 수 밖에 없게됩니다. 이러한 이유로 우주에서
무거운 입자 (양성자와 중성자)가 가벼운 입자(전자) 보다 먼저 만들어진 것 입니다.
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전자-양전자 쌍소멸
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전자-양전자 쌍소멸은 전자와 양전자(전자의 반입자전자와 양전자는 사라지고 감마선
이러한 과정은 다음의 보존법칙을 만족해야 한다.
[편집] 에너지가 낮은 경우
에너지가 낮은 경우에는 가능한 최종 상태가 제한된다. 대부분은 두 개나 그 이상의 감마선 광자전자나 양전자중성미자는 전자보다 가볍기 때문에 쌍소멸을 통해 한 개 혹은 그 이상의 중성미자반중성미자
[편집] 에너지가 높은 경우
입자의 속도가 낮은 경우에는 정지에너지에 비해 입자의 운동에너지가 매우 작아 운동에너지는 무시된다. 입자가 상대론적인 속도(상대론적인 효과를 감지하기에 충분한 속도를 말한다)로 움직이면 입자의 운동에너지가 정지질량에너지에 대해 충분히 커지게 되고 이로 인해 입자가 가진 총 에너지(총에너지 = 정지질량에너지 + 운동에너지)가 정지질량에너지에 비해 커지게 된다. 따라서 전자나 양전자의 운동에너지
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일단 '화학변화가 일어날 때 원자는 새로 생기거나 없어지지 않는다.' 라고 하셨죠,,,
쿼크와 반쿼크가 만나서 쌍소멸 한다고도 하셨구요....
오류는 없습니다.
쿼크롸 반쿼크가 만나서 쌍소멸 하는 것은 물리학적인 변화이지 화학변화는 아니기 때문이죠,,
쿼크 뿐만 아니라 전자와 반전자가 만나서 이들도 쌍소멸을 합니다. 그리고 이때 매우 큰 에너지를 발생시키죠,,
이것과 관련된 소설이 하나 있죠? 다빈치코드 작가가 쓴 천사와 악마라는 소설이요....
이제 쌍소멸과 쌍생성에 대해서 설명을 드리자면,,,,,크게 두가지 방법이 있습니다.
하나는 디락의 홀 이론이 있고,,,,
다른 하나는 아마 파인만 다이아그램으로 설명하는 방법일텐데....
저는 디락의 홀 이론을 이용해서 설명을 드리겠습니다.
일단 디락이라는 사람은 진공이라는 상태를 '-'에너지를 가지는 전자들로 가득 찬 상태라고 정의하였습니다.
밑에 그림에서 동그라미들이 전자라고 합시다..모두 -에너지를 가지고 가득 찬 상태입니다.
이제 이 상태에 높은 에너지를 가해주면 전자 하나가 +에너지를 가지게 됩니다.
그럼 '+' 에너지를 가지는 전자가 하나 생기고 '-'에너지를 갖는 부분에는 진공과 비교해서
구멍(홀)이 하나 생기겠죠? 그것을 반전자라 하는 겁니다. 이렇게 해서 전자와 반전자가 쌍생성을 하는 것입니다.
또 전자는 낮은 에너지 상태에 있으려 하기 때문에 전자와 반전자(홀) 이 만나면 즉시 전자는 홀을 채우려고 합니다.
전자와 반전자가 사라지는 것이죠? 물론 이때 매우 큰 에너지가 발생합니다.
이러한 현상이 쌍소멸이 되는 것이죠.
현재 우리가 사는 우주에는 반전자(홀)보다 전자가 훨씬 많이 있다고 합니다.
측정 결과가 아니고,,,누군가가 제시한 현재의 우주가 생성되기 위한 조건입니다.
빅뱅 당시에는 수가 같았으나 그 후 어떠한 이유에 의해서 그 균형이 깨졌다고 가정하는 것이죠.
쿼크에 경우에도 쌍생성과 쌍소멸의 원리는 동일 합니다.
파인만 다이어그램에서는 반입자를 시간에 반대로 진행하는 입자로 보는데,,,