THE FASTEST THING ON EARTH
우주선 발사, 트랙을 질주하는 경주용 자동차, 먹이를 향해 돌진하는 치타 등 우리의 고향 지구는 고속의 묘기로 가득합니다.
그렇다면 지구에서 가장 빠른 것은 무엇일까요? 답은 "사물"과 "지구에서"를 어떻게 정의하느냐에 따라 달라집니다. 그리고 가장 유력한 후보인 중성미자와 광자는 육안으로 볼 수 없습니다.
가장 확실한 답은 빛인 것 같습니다. 진공 상태에서 빛은 초당 약 186,000마일(초당 300,000킬로미터)을 이동합니다. 우리가 아는 우주에서 이 속도를 초과할 수 있는 것은 아무것도 없습니다.
빛은 정말 존재할까요? 물리학자들은 이에 대해 완전히 동의하지 않습니다. 어떤 이들은 빛에는 질량이 없기 때문에 아니라고 말합니다. 양자역학의 특이한 특성으로 인해 빛은 파동인 동시에 입자라고 말하는 사람도 있습니다. 그리고 대부분의 물리학자들은 입자가 사물이라는 데 동의합니다.
유타 대학교의 물리학자 존 매튜스에 따르면 진공 상태의 우주에서는 광자(photons, 光子)라고 불리는 입자가 가장 빠른 물체입니다.
지구에서는 진공 공간에 있지 않는 한 조금 더 복잡해집니다. 광자가 지구의 대기에 부딪히면 속도가 약간 느려집니다. 그리고 적절한 상황에서는 약간의 경쟁이 일어날 수 있습니다. 모든 입자가 광자처럼 대기에 의해 느려지는 것은 아니기 때문이라고 매튜스는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 설명했습니다.
OMG Particle
매튜스는 우주에서 지구로 쏟아지는 아원자 입자 소나기인 초고에너지 우주선으로부터 발생하는 매우 빠른 입자를 감지한 팀의 일원입니다. 오마이갓 입자(OMG Particle)라고 불리는 이 입자 중 하나는 1991년 그의 동료들이 아직 발견되지 않은 가장 높은 에너지의 우주선으로부터 검출한 것입니다.
이와 같은 입자는 진공 상태에서 빛의 속도에 매우 가깝게 이동하기 시작합니다. 하지만 지구 대기에 부딪히면 "입자의 특성상 계속 앞으로 나아갈 뿐"이라고 매튜스는 말합니다. "그래서 그들은 대기권에서 빛의 속도를 초과하고 있습니다."
따라서 오마이갓 입자는 지구에서 질량을 가진 가장 빠른 입자 중 하나이지만 맨 위에 있는 것은 아닙니다. 대신 위스콘신-매디슨 대학의 입자 물리학자인 저스틴 반덴브로크에 따르면 중성미자가 그 상을 수상했습니다.
오마이갓 입자는 아마도 양성자 또는 적어도 양성자와 비슷한 입자로, 아원자 입자 규모로는 상당히 거대할 것입니다. 중성미자의 질량은 양성자보다 최소 100억 배 이상 작기 때문에 물리학의 기본 법칙에 따라 같은 양의 에너지가 주어지면 더 빨리 이동할 수 있습니다.
하지만 중성미자는 이론적으로는 매우 빠르게 이동할 수 있지만, 실제로는 그 속도를 정확히 파악하기가 매우 어렵습니다. 반덴브로크는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "중성미자는 수줍음이 많은 것으로 유명합니다."라고 말합니다.
아이스큐브라고 이름 붙여진 남극의 장기 실험에서 물리학자들은 고에너지 중성미자를 찾기 위해 0.2입방마일(1세제곱킬로미터) 크기의 얼음 덩어리 안에 검출기를 설치했습니다. 얼음 속에서는 충분한 에너지를 가진 중성미자가 빛보다 빠르게 이동할 수 있습니다. 이 고에너지 중성미자가 얼음 속 원자의 핵과 충돌하면 빛보다 빠르게 이동하는 하전된 아원자 입자를 생성할 수 있습니다. 이 빠른 입자는 체렌코프 방사선으로 알려진 빛의 섬광을 방출하여 중성미자를 간접적으로 감지할 수 있게 합니다.
그리고 2016년에 아이스큐브 과학자들은 지금까지 신중하게 평가된 것 중 가장 높은 에너지의 중성미자를 검출했습니다.
로스알라모스 국립연구소의 물리학자 빌 루이스는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "우리가 아는 한, 지금까지 발견된 입자 중 가장 빠른 입자입니다."라고 말했습니다. 질량이 있는 입자는 빛의 진공 속도에 도달할 수 없지만, 매우 가볍고 에너지가 많으면 매우 근접할 수 있습니다.
얼마나 가까워질까요? 반덴브로크는 속도를 똑바로 유지하기 위해 9초 단위로 생각하는 것을 좋아합니다. 광속의 99.99%로 움직이는 물체는 9초가 4번이 됩니다. 2016년에 발견된 초고속 중성미자는 9초가 33개라고 반덴브로크는 말했습니다. 그리고 오마이갓 입자는 그의 계산에 따르면 20초에서 24초 사이의 9초를 가질 것입니다. 이 입자는 더 많은 에너지를 가지고 있지만 훨씬 더 거대합니다.
이에 비해 CERN의 대형 강입자 가속기와 같은 인간이 만든 입자 가속기에서 입자가 도달하는 가장 빠른 속도는 7.9초에 불과합니다.
한편, 이러한 기록적인 초고속 입자는 "우주에서 자연적으로 발생하는 입자 가속기에 의해 생성된다"고 반덴브로크는 말합니다. "우리는 그것이 어떻게 작동하는지 모르지만 자연이 인간에 비해 얼마나 놀라운지를 말해줍니다."
출처. https://www.livescience.com/physics-mathematics/whats-the-fastest-thing-on-earth
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