What’s the smallest thing in the universe? - Jonathan Butterworth

번역: Minju Lee 검토: Sujin Byeon

If you were to take any everyday object, say a coffee cup, and break it in half,

만약에 커피잔 같이 흔히 볼 수 있는 물건을 반으로 나누고

then in half again, and keep carrying on, where would you end up?

또 한번 나누고, 계속해서 나눈다면, 어떤 일이 일어날까요?

Could you keep on going forever?

끊임없이 나눌 수 있을까요?

Or would you find a set of indivisible building blocks

아니면 모든 물건을 구성하는 더 이상 쪼갤 수 없는

out of which everything is made?

물질을 발견하게 될까요?

Physicists have found the latter- that matter is made of fundamental particles,

물리학자들은 후자라는 걸 밝혀냈습니다.

모든 물질을 구성하는, 세상에서 가장 작은 기본 입자가 있다는 걸 알아냈죠.

the smallest things in the universe.

Particles interact with each other according to a theory called the “Standard Model”.

"표준 모형"이라는 이론에 따르면 그 입자들은 서로 상호작용을 합니다.

The Standard Model is a remarkably elegant encapsulation

'표준 모형"은 보이지 않은 아주 작은 입자들로 이루어져 있는 양자세계를

of the strange quantum world of indivisible, infinitely small particles.

놀랍도록 명쾌하게 단순화했습니다.

It also covers the forces that govern how particles move,

또한, 입자들의 움직임, 상호작용 혹은 결합 방식을 지배하는 힘들이

interact, and bind together to give shape to the world around us.

어떻게 이 세상을 만들어 냈는지 설명해주죠.

So how does it work?

그럼 어떻게 만들어졌을까요?

Zooming in on the fragments of the cup,

커피잔의 일부분을 확대해보면

we see molecules, made of atoms bound up together.

원자들이 뭉쳐서 만들어 낸 분자들을 볼 수 있습니다.

A molecule is the smallest unit of any chemical compound.

분자는 화합물 중 가장 작은 단위입니다.

An atom is the smallest unit of any element in the periodic table.

원자는 주기율표에서 발견할 수 있는 모든 원소들의 가장 작은 단위죠.

But the atom is not the smallest unit of matter.

하지만 원자는 물질의 가장 작은 단위는 아닙니다.

Experiments found that each atom has a tiny, dense nucleus,

연구자들은 원자가 작고 밀집한 핵을 가지고 있고,

surrounded by a cloud of even tinier electrons.

핵은 더 작은 전자 구름으로 둘러싸여 있음을 발견했습니다.

The electron is, as far as we know,

우리가 전자에 대해서 아는 것은

one of the fundamental, indivisible building blocks of the universe.

그것이 우주를 구성하는 가장 작고 기본적인 물질 중 하나라는 것입니다.

It was the first Standard Model particle ever discovered.

전자는 최초로 발견된 표준모형 입자입니다.

Electrons are bound to an atom’s nucleus by electromagnetism.

전자는 전자기력에 의해 원자의 핵에 묶여있는데요.

They attract each other by exchanging particles called photons,

핵과 전자는 광자라는 입자를 교환하면서 서로를 끌어당깁니다.

which are quanta of light that carry the electromagnetic force,

광자는 빛의 입자로서 전자력을 가지고 있습니다.

one of the fundamental forces of the Standard Model.

또한 광자는 표준모형의 기본적인 힘들 중에 하나죠.

The nucleus has more secrets to reveal, as it contains protons and neutrons.

양성자와 중성자로 구성된 핵은 더 많은 비밀들을 가지고 있습니다.

Though once thought to be fundamental particles on their own, in 1968

한때, 양성자와 중성자는 기본 입자로 알려졌지만,

1986년,

physicists found that protons and neutrons are actually made of quarks,

물리학자들이 양성자와 중성자가 쿼크라는 더 이상 나눌 수 없는 입자로

which are indivisible.

이루어져 있음을 밝혀냈죠.

A proton contains two “up” quarks and one “down” quark.

양성자는 두 개의 up 쿼크와 한 개의 down 쿼크로,

A neutron contains two down quarks and one up.

중성자는 두 개의 down 쿼크와 한 개의 up 쿼크를 갖고 있습니다.

The nucleus is held together by the strong force,

원자핵은 강력에 의해 서로 결합되어 있습니다.

another fundamental force of the Standard Model.

강력은 표준모델의 또 다른 기본 힘이죠.

Just as photons carry the electromagnetic force,

광자가 전자력을 가지고 있듯

particles called gluons carry the strong force.

글루온이라는 입자는 강력을 가지고 있죠.

Electrons, together with up and down quarks,

up 쿼크와 down 쿼크, 그리고 전자만 있다면

seem to be all we need to build atoms and therefore describe normal matter.

원자를 만들 수 있고, 그것으로 물질을 설명하기에 충분할 것 같지만

However, high energy experiments reveal that there are actually six quarks–

고에너지 연구로 여섯 종류의 쿼크가 있다는 것이 밝혀졌습니다.

down & up, strange & charm, and bottom & top

down, up, strange, charm bottom, top 쿼크로 구분되죠.

- and they come in a wide range of masses.

그리고 쿼크들은 다양한 무게를 가지고 있습니다.

The same was found for electrons,

전자의 경우도 비슷합니다.

which have heavier siblings called the muon and the tau.

전자와 비슷하지만 더 무거운 뮤온과 타우가 존재하죠.

Why are there three (and only three) different versions

왜 3개, 오직 3개의 다른 종류의 입자들이 있을까요?

of each of these particles?

This remains a mystery.

이것은 수수께끼로 남아 있습니다.

These heavy particles are only produced, for very brief moments,

이러한 무거운 입자들은 높은 에너지 충돌에 의해

in high energy collisions, and are not seen in everyday life.

아주 짧은 순간 동안에만 생성되며, 우리가 매일 접할 수 없습니다.

This is because they decay very quickly into the lighter particles.

왜냐면 그것들이 매우 빠르게 가벼운 입자로 붕괴되기 때문이죠.

Such decays involve the exchange of force-carrying particles,

그러한 붕괴는 힘을 지닌 입자의 교환을 초래합니다.

called the W and Z, which – unlike the photon – have mass.

W와 Z는 광자와 달리 질량을 가지며,

They carry the weak force, the final force of the Standard Model.

표준 모형의 마지막 힘인 약력을 지니고 있습니다.

This same force allows protons and neutrons to transform into each other,

이 힘은 양성자와 중성자가 상호 변환될 수 있게 해줍니다.

a vital part of the fusion interactions that drive the Sun.

이러한 융합 상호작용은 태양이 존재하는 원동력이죠.

To observe the W and Z directly,

W와 Z를 직접적으로 관찰하기 위해

we needed the high energy collisions provided by particle accelerators.

우리는 입자가속기의 높은 에너지 충돌이 필요합니다.

There’s another kind of Standard Model particle, called neutrinos.

표준 모형 입자 중 중성 미자라는 다른 종류의 입자가 있습니다.

These only interact with other particles through the weak force.

그것들은 약력만으로 다른 입자들과 상호작용합니다.

Trillions of neutrinos, many generated by the sun, fly through us every second.

태양에서 생성된 몇 조개의 중성미자는 계속해서 우리를 통과해 지나갑니다.

Measurements of weak interactions found that there are different kinds of neutrinos

약한 상호작용을 측정함으로써

뮤온, 타우, 전자와 상호작용하는 다양한 종류의 중성미자도 발견되었죠.

associated with the electron, muon, and tau.

All these particles also have antimatter versions,

이 모든 입자들에는 반물질 형태도 있습니다.

which have the opposite charge but are otherwise identical.

반대의 전하를 가지지만 다른 것들은 동일한 입자죠.

Matter and antimatter particles are produced in pairs in high-energy collisions,

물질과 반물질 입자들은 에너지 충돌로 쌍을 이뤄 생성됩니다.

and they annihilate each other when they meet.

그리고 그들은 서로 만나면 소멸되죠.

The final particle of the Standard Model is the Higgs boson

표준 모형의 마지막 입자는 힉스 입자입니다.

– a quantum ripple in the background energy field of the universe.

그것은 우주 배경 에너지 영역의 양자 요동이라고 할 수 있죠.

Interacting with this field is how all the fundamental matter particles acquire mass,

표준 모형에 따르면, 이 영역과 상호작용하는 것을 통해

according to the Standard Model.

다른 입자들은 질량을 갖게 됩니다.

The ATLAS Experiment on the Large Hadron Collider

대형 강입자 충돌가속기를 이용한 ATLAS 실험으로

is studying the Standard Model in-depth.

심도있는 표준 모형 연구를 할 수 있습니다.

By taking precise measurements of the particles and forces that make up the universe,

우주를 구성하는 입자와 힘을 정확하게 측정함으로써

ATLAS physicists can look for answers to mysteries

ATLAS 물리학자들은

not explained by the Standard Model.

표준 모형으로 설명되지 않은 수수께끼의 답을 찾고 있습니다.

For example, how does gravity fit in?

예를 들어, 중력은 어떻게 들어 맞을까요?

What is the real relationship between force carriers and matter particles?

힘 운반자들과 물질 입자간의 진짜 상호 작용은 무엇일까요?

How can we describe “Dark Matter”,

우주 질량의 대부분을 구성하지만 아직 규명되지 않은 "암흑 물질"은

which makes up most of the mass in the universe but remains unaccounted for?

어떻게 설명할 수 있을까요?

While the Standard Model provides a beautiful explanation for the world around us,

표준 모형은 우리 세상에 대한 아름다운 해석을 제공해주지만,

there is still a universe’s worth of mysteries left to explore.

우주는 여전히 탐험해야 할 많은 수수께끼가 남아있습니다.