방사선물리학 1-1
소립자와 초기우주
Fergus Wilson,
Email: F.F.Wilson at
rl.ac.uk
소립자
素粒子
Elementary Particle
物質의 基本的인 構成要素
Fundamental building Block of
Matter
이 세상 은 무엇으로
만들어져 있는가?
원자
원자핵
양성자
소립자
Looking deeper into protons
And Neutrons, one finds
a sea of quark and anti-quark
pairs and gluons
至大無外
至小無內
장자(莊子)
초기우주
통일장이론 (Unified Field Theory)
Upsilon 발견
B-quark 을
가진 중간자
(bb)
우주
宇宙
The Universe
Scenario of Early Universe by
Particle Physics
( Planck time )
~300개/cm3
관측
~400개/cm3
상전이
Phase transition
물이 얼음이 되듯이
(자발적 대칭성 파괴)
자발적 대칭성 파괴
Spontaneous Symmetry breaking
The problem of
the symmetric
dinner party
물이 얼음이 되는 것도 상전이 (phase
transition) 물질의 상(相)이 변하는 것
 물리학에서는 대칭성이 깨어진다고 함
Symmetry
Asymmetry
높은 에너지
낮은 에너지
Unstable
Stable
어느 방향에
대해서도 대등함
방향성이 결정
(대칭성이
깨어짐
(대칭적)
Symmetry breaking
대칭성파괴
Why matter is dominant
in our Universe
than Anti-matter ?
10억
사하로프의 조건
Sakharov coditions
우리 우주의 물질과 반물질의 양이 비대칭적이다
( Baryon asymmetry )
이러한 것을 설명하기 위한 이론이 갖추어야할 조건
첫째, 그 이론이 B 양자수 파괴를 포함할 것
(B violation)
둘째, C 및 CP 파괴를 포함할 것
(C and CP violation)
셋째, 열적 평형에서 벗어날 것
(out of thermal equilibrium)
자발적
대칭성파괴
CP Violation
이론
Big Bang
Theory
George Gamow
( 1904 ~ 1968 )
알파붕괴 이론
빅뱅이론
우주배경복사 예언
소련(지금의 우크라이나)에서 태어났다. 레닌그라드 대학을 졸업하고
괴팅겐·코펜하겐·케임브리지 대학에서 공부하였다.
이어 레닌그라드 과학 아카데미연구 부장으로 있다가 파리 대학과 런던 대학 강사를 거쳐,
1934년 미국으로 건너가 조지 워싱턴 대학 교수가 되었고, 1940년 귀화하였다.
연구 업적으로는 원자핵 이론, 특히 알파(α) 붕괴 이론에서 처음으로 양자 이론을 적용하여
‘가이거-누탈의 법칙’을 이끌어냈다.
빅뱅이론 창시, 우주배경복사 의 온도 계산
항성 진화론과 DNA 에 대한 연구를 하였다.
또한 쉽게 풀이한 물리학 관련 책을 여러 권 펴내 일반인의 과학 계몽에 공헌하였다.
35
빅뱅이론 창시 (1948)
알퍼, 베테, 가모브
a b g 이론
Picture with Robert Herman on
the left, Ralph Alpher on the
right, and George Gamow in the
center, as the genie coming out of
the bottle of “Ylem”, the initial
cosmic mixture of protons,
neutrons, and electrons from
which the elements supposedly
were formed.
아일렘 (우주 창조에 관한 이론에서
모든 원소의 기원이 된다는 물질)
밖에서 보는
폭발이 아님
Observation
Expansion of
the Universe
Expansion without Center
중심없는 팽창 (모든 곳이 중심)
Cosmological Principle : Isotropic
& Homogeneous
No prefered direction
1 parsec =3.26 light year
Why is the Sky dark
at night?
Olbers’ Paradox
올버스의 역설
If the universe were infinite and filled
with stars in a uniform distribution,
then every line of sight would terminate
on the surface of a star and should be bright.
애나벨 리
아주 아주 오래 전
바닷가 한 왕국에
한 소녀가 살았어요.
애너벨 리라면, 당신도 알지 몰라요.
이 소녀는 날 사랑하고 내 사랑을 받는 것밖엔
딴 생각은 아무 것도 없이 살았어요.
나도 어렸고 그 애도 어렸죠.
바닷가 이 왕국에서.
하지만 우린 보통 사랑 이상으로
사랑했어요. 나와 애너벨 리는.
하늘의 날개달린 천사들이
그녀와 나를 시샘할 만한 사랑으로.
그 때문에 오래 전, 바닷가 이 왕국에서
한 차례 바람이 구름으로부터 불어와
아름다운 애너벨 리를
싸늘하게 만들어 버렸어요.
Edgar Allen Poe (1823-1847)
눈에 보이지 않는 배경의 거리가 너무 방대해서
그 곳에서 나오는 어떤 빛도 우리에게 전혀
도달 할 수 없기 때문
우주 임계밀도
r : 우주의
실제물질 밀도
현재 이 값을
모름
암흑물질,
암흑에너지
때문에
Fate of Universe if matter only
r < rc
r = rc
r >rc
우주의 질량
M=r V
구형우주 를 가정
하면
2
3H
rc = ----8pG
허블법칙
을 구할 수 있다
(r)
( rc )
2
3H
rc = ----8pG
1 m3 부피에 수소원자 3개 정도
Deflection of Light first proposed by
Einstein in 1912!
Einstein writes to George Hale
(Director of Mount Wilson Observatory)
in 1913. He mentions the 0.84’’
(2GM/Rc2) deflection expected from
the Sun.
Wambsganss 1998
Einstein didn’t know that our Universe
is expanding …
Hubble

Evidence of Dark Matter
Rotation curve of spiral galaxies
imply the presence of dark matter
Expect v2  1/r
Velocity is measured using atomic lines from
stars or the 21cm H line for the hydrogen
clouds around the galaxy
halo
bulge
sun
disk
We wouldn’t exist without Dark matter.
http://tedxtokyo.com/?s=Hitoshi&x=0&y=0
TED (Technology, Entertainment, Design)
http://tedxtokyo.com/?s=Hitoshi&x=0&y=0
Institute of the Physics and Mathematics
of the Universe
http://www.ipmu.jp/
Most probable
The cosmological constant vs. quintessence :
무거운 원소
C, N, O (생명의 재료)
produced inside Supernova
If not SN explosion, no life …
가벼운 원소
Li 까지
초기우주(Early universe)에서 합성
300,000
years
3
minutes
10-4
second
Before
Quark-Gluon
Plasma
Supernova
Neutrino
Supernova type II explosions:
99 % of the energy is emitted as neutrinos.