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찬우 독고
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1 Rahm_Quark_150g_310x232px-2.png

2 이우주는숨은법칙에의해질서를유지하고있다. 눈에보이는것만이실재라면, 이세상은당장와해된다. -- 리처드파인만 2

3 3 유가와히데키, < 보이지않는것의발견 > 김성근옮김 나카무리세이타로, < 유카와히데키와도모나가신이치로 > 박덕규옮김 리처드파인만, < 파인만씨농담도잘하시네요 > 김희봉옮김 리처드파인만, <QED 강의 > 박병철옮김 리처드파인만, < 물리법칙의특성 > 안동완옮김 조지존슨, < 스트레인지뷰티 > 고중숙옮김 스티븐와인버그, < 아원자입자의발견 > 박배식옮김 댄브라운, < 천사와악마 > 홍성역옮김 이종필, < 신의입자를찾아서 > Halzen, Martin, <Quarks & Leptons>

4 4 What? How? Why? ommons/3/32/lego_color_bricks.jpg

5 What? How? Why? 5

7 7 만물의근원 arche 은물 Thales b.c. 625~547 모든영양분이나종자에습기가있고그로인해생명체가살아있기때문 -- 아리스토텔레스

mlahanas.de/greeks/bio s/democritusnaples.

8 8 commons/c/c8/leucippe_(portrait).jpg s/democritusnaples.jpg 더이상쪼갤수없는근원적인요소로서의원자 (bc. 5c) 추상화된관념물로현대의원자와다름 Leucippus b.c. 5c??~5c?? Democritus b.c. 460~370 충만한것으로서의원자와그것이차지하는공간으로서의공허가모두존재

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/common s/thumb/d/d4/john_dalton_by_charles_turner.

9 s/thumb/d/d4/john_dalton_by_charles_turner.j pg/240px-john_dalton_by_charles_turner.jpg 9 물질을쪼개나가면더이상쪼갤수없는원자 atom 에도달한다 John Dalton 1766~1844 복잡한화학반응을간단한원자모형을설명 ex) 질량보존의법칙, 일정성분비의법칙

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/th umb/c/c1/j.j_thomson.jpg/200px-j.j_thomson.jpg 10 고전압 + 진공관 Joseph J.

10 umb/c/c1/j.j_thomson.jpg/200px-j.j_thomson.jpg 10 고전압 + 진공관 Joseph J. Thomson 1856~1940; 노벨상 1906 음극선 cathode ray = 전자 electron 음극선연구를통해전자발견 1897 노벨상수상 1906 원자가깨진다.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ thumb/5/5c/ernest_rutherford_cropped.

11 thumb/5/5c/ernest_rutherford_cropped.jpg/220px -Ernest_Rutherford_cropped.jpg 얇은금박 알파입자 Ernest Rutherford 1871~1937; 노벨상 1908 알파입자실험으로원자핵발견 태양계모형 11

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/co mmons/7/7d/dirac_3.

12 mmons/7/7d/dirac_3.jpg 디랙방정식발표 1928: 특수상대론 + 양자역학 = 상대론적양자역학 iħ μ γ μ m ψ = 0 Paul A.M. Dirac 1902~1984; 노벨상 1933 그외업적들 : 자기홀극자의성질연구 페르미 - 디랙분포 디랙델타함수발견 p μ γ μ m ψ = 0 p/ m ψ = 0 스핀 ½ 인상대론적입자가만족하는양자역학방정식 12

i μ γ μ m ψ = 0 Dirac Gamma Matrices γ 0 = 0 I 2 I 2 0 I 2 = 1 0 0 1 ψ = a b c d γ i = 0 σi σ i 0 γ 5 = I 2 0 0 I 2 = iγ 0 γ

13 i μ γ μ m ψ = 0 Dirac Gamma Matrices γ 0 = 0 I 2 I 2 0 I 2 = ψ = a b c d γ i = 0 σi σ i 0 γ 5 = I I 2 = iγ 0 γ 1 γ 2 γ 3 Pauli Matrices σ 1 = σ 2 = 0 i i 0 σ 3 = ψ 에대한음의에너지풀이 반입자예측 γ μ, γ ν = γ μ γ ν + γ ν γ μ = 2g μν 13

14 14 라그랑지안Lagrangian L = T U = L(x i, x i) 운동에너지위치에너지 계의모든동역학적정보를담고있는함수 L d q i dt Euler-Lagrange equation L = 0 일반화된좌표의운동방정식 q i

15 15 i μ γ μ m ψ = 0 L = ψ i μ γ μ m ψ ψ = ψ γ 0 ψ = a b c d ψ = (a b c d )

16 16 원래입자와모든물리량이똑같지만전기전하만반대인입자. 전자 electron 양전자 positron 우주에서날아오는입자들로부터칼앤더슨이발견 1932, 노벨상수상 반물질 anti-matter 반입자로만들어진물질

17 - + 모든질량이에너지로전환 핵무기의 ~1만배에너지 생산비용이천문학적임. (1g 양전자당약30조원 ) 17

18 18

19 19 양전자방출단층촬영 방사성물질이방출한양전자 (e+) 가전자와만나광자를방출함.

20 20 세상은왜 반입자가아닌 입자 로만만들어졌을까?

21 21 핵자의개수 ( 반핵자의개수 ) ( 광자의개수 ) = 우주에서관측되는광자의대부분은우주배경복사이고, 우주배경복사는 matter-antimatter 쌍소멸때나온빛 ( 감마선 ) 들임 약 10 억개중하나꼴로입자가반입자보다많았다.

22 입자 반입자 22 1,000,000, ,000,000,000 미해결과제

23 23 맥스웰방정식을상대론적으로양자화한이론 전자와광자에대한상대론적양자역학 세상에서가장정확한이론 (g-2)/2 의값 ( 전자의비정상자기모멘트 ) ( 실험값 ) = (28) D. Hanneke et al., PRA83, (2011) ( 이론값 ) = (77) T. Kinoshita et al., PRL109, (2012)(5-loop)

24 Quod Erat Demonstrandum Which was to be demonstrated 이것이보이고자한명제이다. 24

25 25 전자 α = 광자 시간

26 26 전자의질량을무한히크게한다. 전기전하량을무한히크게한다.

27 27 이론에들어간전하량, 질량이애초에무한대를품고있었다. 이값들을다시잘조정해주면 renormalize 다른모든반응에서의무한대를없앨수있다. 수학적야바위

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes /physics/laureates/1965/feynman.

org/nobel_prizes/ physics/laureates/1965/schwinger.

jpg 28 리처드파인만 1918~1988 줄리안슈윙거 1918~1994 신이치로도모나가 1906~1979

28 /physics/laureates/1965/feynman.jpg physics/laureates/1965/schwinger.jpg /physics/laureates/1965/tomonaga.jpg 28 리처드파인만 1918~1988 줄리안슈윙거 1918~1994 신이치로도모나가 1906~ 년노벨물리학상 "for their fundamental work in quantum electrodynamics, with deep-ploughing consequences for the physics of elementary particles".

29 1918 년뉴욕출생 1939 년 MIT 학사 1942 년프린스턴박사 (John Wheeler) 맨해튼프로젝트 1942~46 참가 1950 년 ~ 칼텍교수 1965 년노벨물리학상수상 챌린저호폭발사고 1986 조사위원 봉고연주가, 금고털이, 화가 파인만의봉고연주

29 년뉴욕출생 1939 년 MIT 학사 1942 년프린스턴박사 (John Wheeler) 맨해튼프로젝트 1942~46 참가 1950 년 ~ 칼텍교수 1965 년노벨물리학상수상 챌린저호폭발사고 1986 조사위원 봉고연주가, 금고털이, 화가 파인만의봉고연주 챌린저호폭발사고조사청문회에서증언하는파인만

30 30 zokj77evec/szme2fcosui/aaaaaaaacss/- HVahz06Fgc/MichelleFeynman22.jpg?imgmax=800

31 문자질문 :

32 쿼크 quark 의도입

33 팔정도八正道, eightfold way http://www.physics.fsu.

33 33 팔정도八正道, eightfold way

34 1964 년쿼크 quark / 에이스 ace 도입 Murray Gell-Mann + 1929~; 노벨상 1969 1937~

org/nob el_prizes/physics/laureates/196 9/gell-man_bio.

34 년쿼크 quark / 에이스 ace 도입 Murray Gell-Mann ~; 노벨상 ~ el_prizes/physics/laureates/196 9/gell-man_bio.jpg George Zweig Brookline% jpg 쿼크 쿼크 쿼크 겔만의쿼크는추상적이고수학적인도구에가까운반면츠바이크의에이스는핵자를실제구성하는요소

http://magazine.seymourprojects.com/wpcontent/uploads/2013/09/tmpaf17_thumb_thumb.

35 년뉴욕맨해튼출생 1944 년 (15 세 ) 예일대입학 1951 년 (22 세 ) 박사학위 (MIT, 바이스코프 ) 1953 년기묘도 strangeness 도입 1958 년 (29 세 ) 파인만과함께약력의수학적구조해명 1961 년팔중도도입 1964 년 (35 세 ) 쿼크모형제안 1969 년 (40 세 ) 노벨물리학상수상 언어의천재, 새이름전문가, 그외각종잡학다식 글쓰기젬병 : 스웨덴왕립과학원의 < 노벨상 > 기념집에원고누락

36 The Nobel Prize in Physics 1969 was awarded to Murray Gell-Mann for his contributions and discoveries concerning the classification of elementary particles and their interactions". 36

http://people.duke.edu/~myhan/ha N2009.jpg http://upload.

org/wikipedia/ commons/thumb/1/11/yoichironambu.

37 N2009.jpg commons/thumb/1/11/yoichironambu.jpg/220px-yoichironambu.jpg 37 한무영 1934~ Yoichiro Nambu 1921~ ; 노벨상 2008 쿼크에색전하 color charge 도입 쿼크가정수의전기전하를가진다고생각

38 38 강입자 hadron 중입자 baryon 중간자 meson 양성자, 중성자등 파이온, 케이온등

39 39 지금까지 6 개의쿼크가발견되었습니다. u(up) d(down) s(strange) c(charm) b(bottom) t(top) u d c s t b

40 40 중성미자 neutrino ν e e ν μ μ muon ν τ τ tauon

41 41 전자 쿼크 쿼크 쿼크 원자 원자핵

42 42 원자핵 원자 쿼크? 점입자 point particle 1 차원끈

43 물 b.c. 650 4 원소 b.c. 5c 원자 b.c. 5c 2,200 년!

43 43 물 b.c 원소 b.c. 5c 원자 b.c. 5c 2,200 년! 쿼크 1964 원자핵 1911 원자전자

45 E = ρ ε 0 iswwecetamy/tfvui8anbci/aaaaaaaaaoe/1hemt3oaqbc/s1600/magneto_has_a_submarine_art icle_story_main.jpg hits_tree.jpg/220px-lightning_hits_tree.jpg chip-1.jpg/250px-arduino_ftdi_chip-1.jpg B = 0 E = B t E B = μ 0 ε 0 t + μ 0J 맥스웰방정식 45

46 46 만유인력 일반상대성이론 지구

47 47 + 양성자 중성자 + + 핵자들은어떻게전기반발력을이기고원자핵으로뭉칠수있을까?

48 ns/thumb/7/7b/yukawa.jpg/200px-yukawa.jpg 48 + p 중간자 meson + 유가와히데키 1907~1981; 노벨상 1949 년 p + n 1947 년파웰등이우주선에서파이중간자발견

49 49 유가와히데키 1907 년도쿄출생 도모나가신이치로 1906 년도쿄출생 부친이교토대교수교토 1 중학, 제 3 고등학교, 교토대입학 ( 동급생 ) 니시나요시오의학생 오사카대학으로옮김 가까이다가가기어려움 가까이따르면잘받아줌 제자들이스스로문제를풀도록질책과격려 날아다니는강의 불친절한계산 1949 년노벨상수상 1981 년교토서사망 도쿄니시나연구실로옮김 소탈한문학인같은성품 접근하면까다로움 친절하고자상하게제자들의계산을일일이조사 친절하고자상한강의 수식을하나하나추적 1965 년노벨상수상 1979 년도쿄에서사망

50 50 패전일본은문명의파괴자라고일컬어졌다. 일본은 ( 유가와 ) 박사의노벨상수상에의해새로운일본이세계의문화를위해아름다운첫발을내디뎠다는것을세계에보여주었다. -- 아사히신문

51 51 양성자 u u d 중성자 d d u 중간자 접착자 gluon 양성자 u u d 중성자 d d u

52 52 입자의종류 flavor 가바뀌는힘 중성자붕괴 e n p n

53 53 u d u 양성자 W e u d d 중성자 _ 반중성미자 (anti-neutrino)

54 54 양성자중성자양전자 g n n g

55 스핀 Right-handed 전자 운동방향 스핀방향과운동방향이같으면오른손잡이전자 스핀 Left-handed 전자 운동방향 스핀방향과운동방향이반대면왼손잡이전자 왼손잡이만약력에참여한다. 55

56 년실험제의 실험성공 Chen Ning Yang 1922~ Tsung-Dao Lee 1926~ 1957 년노벨상수상 Chien-Shiung Wu 1912~1997 위안스카이손자며느리 왜같이못받았을까?

57 Right-handed electrons 거울 Left-handed electrons 스핀 코발트원자핵 Left-handed electrons Right-handed electrons 57

58 58 나는신이허약한왼손잡이라고믿지않습니다. -- 파울리 여러분, 머리숙여자연에경배합시다. -- 줄리안슈윙거

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physic s/laureates/1957/yang_postcard.jpg http://www.

jpg The Nobel Prize in Physics 1957 was awarded jointly to Chen Ning Yang and Tsung-Da

59 s/laureates/1957/yang_postcard.jpg sics/laureates/1957/lee_postcard.jpg The Nobel Prize in Physics 1957 was awarded jointly to Chen Ning Yang and Tsung-Dao (T.D.) Lee for their penetrating investigation of the so-called parity laws which has led to important discoveries regarding the elementary particles" 59

60 1922 년중국허페이출생 1948 년 (26 세 ) 박사학위 ( 시카고대, 에드워드텔러 ) 1957 년노벨물리학상수상 1967 년스토니브룩에설립된 C.N.

60 년중국허페이출생 1948 년 (26 세 ) 박사학위 ( 시카고대, 에드워드텔러 ) 1957 년노벨물리학상수상 1967 년스토니브룩에설립된 C.N.Yang Institute for Theoretical Physics 초대소장 1996 년아태이론물리센터초대소장 1999 년스토니브룩은퇴뒤칭화대고등연구센터교수 2004 년 (82 세 ) 28 세대학원생과결혼 /original/IMG_2293_L.jpg

61 강력 1 전자기력 0.01 약력 10-6 중력

63 63 i μ γ μ m ψ = 0 L = ψ i μ γ μ m ψ ψ = ψ γ 0 광역게이지변환 global gauge transformation ψ x e iα ψ x = ψ x (α: 상수 ) ψ i μ γ μ m ψ = ψ i μ γ μ m ψ

64 i μ γ μ m ψ = 0 L = ψ i μ γ μ m ψ ψ = ψ γ 0 ψ x e iα x ψ x = ψ (x) μ ψ x μ ψ x = e iα x μ ψ x + i μ α x ψ x 공변미분 covariant derivative D μ μ iea μ (x) A μ x A μ x = A μ x 1 e μα(x) D μ ψ x e iα x D μ ψ x L = ψ id μ γ μ m ψ 광자 photon 64

65 L = u i μ γ μ u + d i μ γ μ d L = ψ i μ γ μ ψ 국소게이지변환 ψ u d ψ x ψ iα(x) σ x = exp 2 ψ(x) Pauli Matrices σ 1 = 0 1 1 0 σ 2 = 0

65 65 L = u i μ γ μ u + d i μ γ μ d L = ψ i μ γ μ ψ 국소게이지변환 ψ u d ψ x ψ iα(x) σ x = exp 2 ψ(x) Pauli Matrices σ 1 = σ 2 = 0 i i 0 σ 3 = 공변미분 covariant derivative D μ μ ig σ 2 B μ(x) Yang-Mills 이론 L = ψ id μ γ μ ψ B μ x B μ x = B μ x 1 g μα x α B μ

66 소립자 elementary particle 물질을직접구성하는입자 fermion 쿼크 경입자 u d n e e c s n m m t b L L L n t t L L L 힘을매개하는입자 boson g g W, Z 전자기력강력약력 ~ 표준모형 Standard Model 66

67 67

68 68 우리우주의기본블럭은 쿼크와전자입니다.

69 69 매일새로운것을공부하려면 아침 2 시간만하게. 그다음은산보하면서그내용을잘음미해서마무리지어두게나. -- 도모나가신이치로

70 70 강의요약문쓰는시간입니다. 200 자이하 한문장이상 손글씨

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22 Oct 2009, 한국물리학회 ( 창원컨벤션센터 ) 22 Oct 2009 한국물리학회 2 대통합과대칭성 힘의통합 게이지대칭성 대칭성의깨짐 힉스의생성과붕괴 최근의탐색 힉스는어디에? 힉스메커니즘과대칭성깨짐 힉스장의도입과대칭성깨짐 질량의생성과힉스입자 표준모형 神의입자를찾아라 神의입자, 우리에게무엇인가 호킹의내기 SSC 의교훈 과학은우리에게무엇인가 3 22 Oct