수명은 있지만 나이는 들지 않는 '소립자의 기묘한 일생'

불로불사는 옛날부터 인류의 꿈으로 여겨지고 있습니다. 과학적인 지식이 늘어나 꿈의 실현이 얼마나 어려운지를 알기 시작했지만 과학의 발달하지 않았던 시대에는 이것을 실현하려고 노력을 거듭한 사람도 있었습니다. 그래도 불사는 포기하고 노화에 반대하고 언제까지나 젊음을 유지하는 연구 등은 지금도 활발히 이루어지고 있습니다. 그런 인간으로부터 보면 부러운 성질을 가지고 있는 것이 소립자의 일생입니다.

장수와 단명으로 나누어지는 소립자

소립자는 인간의 척도로부터 보면 극단적으로 장수하는 것과 극단적으로 단명하는 2종류가 있습니다. 특히 광자 등은 무한한 수명을 가졌습니다. 또 전자의 수명은 64000000000000000000000000년 이상으로 전자의 수명은 아직 정확하게 측정되지 않았습니다.

광자의 경우 수명이 무한하다는 것은 관측으로 확인할 수 없습니다. 광자의 수명은 이론적으로 무한하다고 믿어지는 이유가 있고 그것을 많은 과학자가 인정하고 있기 때문에 무한으로 취급하고 있습니다. 그런데 광자는 빛이고 형광등에서 나와 눈앞의 책상에 부딪히고 우리의 망막에 부딪쳐 망막의 세포를 자극한 광자 등 소립자의 수명을 계산할 때에는 이러한 충돌에 의해 죽은 소립자는 포함하지 않습니다. 즉 자연사한 것의 평균 수명을 가지고 그 소립자의 수명이라고 합니다. 따라서 KEKB 가속기 안에서 양전자와 부딪쳐 소멸한 전자 등도 계산에 넣지 않습니다.

소립자의 수명이라고 하면 양성자의 수명을 떠올리기 쉬운데 노벨 물리학상을 수상한 코시바 마사토시 씨가 만든 카미오칸데는 양성자의 수명을 측정하기 위한 장치이기도 했습니다. 양성자의 수명은 매우 길지만(10의 32승년) 무한하지 않다고 예상되고 있어 양성자의 수명이 몇 년이고 어떻게 붕괴하는지를 실험에서 조사하는 것은 소립자의 통일이론을 만드는데 있어서 매우 중요하다고 생각되고 있습니다. 다만 현재는 양성자는 쿼크나 글루온으로 이루어지는 복합입자로서 소립자라고는 생각되고 있지 않습니다.

노화와 수명이 관계하는 인간

소립자의 수명과 인간의 수명에는 결정적인 차이가 있습니다. 인간은 나이가 먹어감에 따라 사망률이 높아집니다. 노화하면 질병에 대한 저항력이 비교적 약해지고 결국에는 노쇠로 사망하기 때문입니다.

소립자의 경우 뮤 입자로 예를 들면 파이 마이너스 중간자 → 뮤 입자 + 반뮤 뉴토리노 등의 반응으로 태어납니다. 관측에 따르면 갓 태어난 젊은 뮤 입자도, 장년기의 뮤 입자도, 노인 뮤 입자도 완전히 같은 사망률을 가진 것으로 나타났습니다. 아니 원래 노화가 없기 때문에 뮤 입자에는 탄생이라는 개념은 있어도 장년기나 노년기라는 개념은 적용되지 않습니다. 태어나 얼마 안되는 뮤 입자도, 태어나고 나서 시간이 경과한 뮤 입자도 똑같이 정해진 확률로 갑자기 죽을 것입니다. 즉 뮤 입자는 불로유사라는 것이 됩니다.

노화와 개성

불로유사란 인간계의 상식으로부터 하면 매우 기묘하게 느껴지지만 이것은 소립자의 매우 큰 특징인 '개성이 없다'입니다. 소립자에는 뮤 입자, 전자, 광자와 같은 종류가 있지만 나이가 든 뮤 입자, 젊은 뮤 입자, 마른 뮤 입자, 뚱뚱한 뮤 입자와 같은 개성은 없고 어느 뮤 입자도 모두 완전 동일합니다. 불로라는 의미에서는 부러운 소립자들이지만 개성 없이 평생을 보내야 한다면 생물로서는 그다지 매력을 느끼지 않습니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 素粒子の奇妙な一生
https://www2.kek.jp/ja/newskek/2002/novdec/life.html