제7권: 입자와 힘 — 자연의 기본 구성요소

Chapter 1: 표준모형 — 자연의 기본 설계도

1. 물질의 기본 입자

1-1. 원자 → 핵 → 양성자·중성자 → 쿼크: 물질을 쪼개는 여정

이 모든 것은 무엇으로 이루어져 있는가?

지금 이 교재를 들고 있는 손을 한번 바라보자. 피부, 근육, 뼈 — 이것들은 모두 세포로 이루어져 있고, 세포는 분자로, 분자는 원자로 이루어져 있다는 것은 이미 알고 있을 것이다. 그런데 이 질문을 멈추지 않으면 어떻게 될까?

원자를 쪼개면 무엇이 나올까? 그 조각을 또 쪼개면? 그리고 또?

이 질문은 놀랍도록 오래된 것이다. 기원전 5세기, 고대 그리스의 철학자 데모크리토스는 이렇게 상상했다. 치즈를 반으로 자르고, 또 반으로 자르고, 계속 자르면 — 언젠가는 더 이상 자를 수 없는 조각에 도달할 것이라고. 그는 이 궁극의 조각을 "아토모스"(ατομος), 즉 "쪼갤 수 없는 것"이라고 불렀다. 바로 원자(atom)라는 단어의 기원이다.

그런데 놀라운 반전이 있다. 원자는 쪼갤 수 있었다. 그리고 그 조각도 쪼갤 수 있었다! 물리학자들이 물질을 계속 쪼개가며 발견한 이야기는, 마치 러시아 인형(마트료시카)의 뚜껑을 하나하나 열어가는 것과 같다 — 열 때마다 안에 더 작은 인형이 들어 있는 것이다.

이 절의 핵심 질문: 물질을 계속 쪼개면 마지막에 무엇이 남는가? 그리고 물리학자들은 어떻게 눈에 보이지 않는 것을 "쪼갤" 수 있었는가?