태양은 '초당 50억 킬로그램' 질량이 줄고 있다

By NASA Goddard Space Flight Center / https://gigazine.net/news/20141017-dark-matter/

졸리오 퀴리 부부(퀴리 부인의 딸)의 실험에 의해 에너지가 물질로 바뀌는 것이 밝혀졌습니다. 빛의 에너지를 원자핵에 부딪쳤을 때 질량을 가진 전자와 양전자가 발생한 것입니다. 여기에서 생긴 양전자는 인류가 처음으로 만든 반물질이었습니다.

소립자에는 질량이나 스핀 등의 성질은 같고 전하 등이 정반대인 반입자가 존재합니다. 예를 들어 전자는 전하가 마이너스이기 때문에 반입자는 전하가 플러스고 양전자라고 명명되었습니다. 중성자는 전하를 갖지 않기 때문에 반중성자도 전하는 없지만 중성자는 쿼크, 반중성자는 반쿼크로 구성되어 있습니다. 그 반입자로 만들어진 물질이 '반물질'입니다.

전자의 반입자(양전자)는 1930년 영국의 이론물리학자 디랙에 의해 그 존재가 예언되었고 1932년에 앤더슨이 우주에서 쏟아져 들어오는 우주선에서 발견했습니다.

그리고 1933년에 졸리오 퀴리 부부가 인공적으로 양전자를 만들어내는 데 성공했습니다. 이 실험은 에너지가 질량으로 바뀌는 것 외에도 물질과 반물질이 항상 일대일로 발생한다는 것을 밝혀냈습니다. 이를 '쌍생성'이라고 합니다.

1955년에는 반양자와 반중성자도 발견되었습니다. 세그레와 체임벌린이라는 두 물리학자가 리더를 맡은 팀이 버클리의 입자가속기를 사용하여 실시한 실험에서 광속 가까이 가속한 양성자를 표적에 충돌시켜 전하가 마이너스인 반양성자를 발생시켰습니다. 만들어진 반양성자는 다른 양성자를 만나자 쌍소멸하고 에너지로 돌아갔습니다. 에너지는 질량으로 변환되어 다양한 종류의 입자가 생성됐습니다. 아인슈타인의 이론대로 질량은 에너지가 되고 에너지는 질량이 되는 것이었습니다.

이 현상은 실험실에서만 발생하는 것이 아닙니다. 질량이 에너지로 바뀌는 현상은 우리의 삶에 깊이 관여하는 곳에서도 일어나고 있습니다. 태양은 그 질량을 에너지로 바꾸면서 타오르고 있습니다. 태양 속에서는 4개의 수소원자로 헬륨이 만들어집니다. 수소의 원자핵은 양성자 1개, 헬륨은 양성자 2개와 중성자 2개이므로 양성자 2개를 중성자로 바꿔야 합니다. 전하가 플러스 1인 양성자가 2개가 전하 제로의 중성자가 되므로 여기에서 양전자(전하 플러스 1)가 2개 발생합니다.

그것만이 아닙니다. 반입자는 반드시 입자와 쌍을 이루기 때문에 양전자와 쌍인 중성미자도 두 개 발생합니다. 이 핵융합반응에 의해 질량결손이 일어나고 질량을 에너지로 바꾸는 식으로 태양은 불타고 있는 것입니다. 질량결손은 무려 1초에 50억 킬로그램으로, 그 덕분에 우리의 삶은 성립되고 있습니다.

일본의 슈퍼 카미오칸데는 태양 속에서 양전자와 쌍생성된 중성미자를 포착했습니다. 슈퍼 카미오칸데는 지하 1킬로미터의 어둠 속에서 우주에서 쏟아져 들어오는 중성미자를 이용해 태양의 '사진'을 찍는 시도에도 성공했습니다. 포토그래프의 포토는 빛이기 때문에 이쪽은 뉴트리노그래프라고 불러야 될 것입니다.

태양으로부터 날아온 중성미자는 핵융합반응이 일어나고 있다는 사실, 즉 질량이 에너지로 변환되고 있다는 것을 명확하게 보여줍니다. 그리고 상대성이론이 밝힌 이 사실이야말로 표준모형을 이해하는데 도움이 됩니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 宇宙は何でできているのか
https://note.com/gentosha_dc/n/n1cae4744bcf4