Extreme Physics where Small and Big things Meet 김영기 시카고 대학과 페르미 국립 가속기 연구소 Young-Kee Kim University of Chicago and Fermilab 소립자와 우주세계의 만남

세상은 무엇으로 만들어 졌나 ? 세상을 어떻게 만들어졌나 ? 우리는 어디에서 왔으며, 왜 여기에 있나 ?

세상은 무엇으로 만들어 졌나 ? 이 세상에서 가장 작은 것은 무엇일까 ? 이 세상의 모든것을 만드는 가장 작은 알맹이는 무엇일까 ?

레고 세상 레고 세상은 무엇으로 만들어 졌나 ? 레고세상의 모든것 ( 레고 기차, 레고 말,…) 을 만드는 가장 작은 알맹이는 무엇일까 ? 레고 조각

100 mm

1 mm 꽃가루

0.01 mm 현미경 박테리아

mm 바이러스 전자 현미경

mm X Ray machine DNA 원자 DNA 분자

1929 로렌스 ( ) 오늘날 가속기 수퍼 현미경

가속기 – 수퍼 현미경

핵 n p n p 전자 쿼크 전자, 쿼크  소립자 이 세상의 모든것을 만드는 가장 작은 알맹이

세상은 무엇으로 만들어 졌나 ? 세상을 어떻게 만들어졌나 ? 우리는 어디에서 왔으며, 왜 여기에 있나 ?

n p n p 핵 전자 쿼크 무엇이 소립자를 결합하게 하는가 ? 풀과 같은 역할을 하는 것은 무엇인가 ?

중력 전자기력 뉴튼 ( ) 맠스웰 ( )

gluons 약력 강력 엔리코 페르미 ( ) 가속기

세상은 무엇으로 만들어 졌나 ? 세상을 어떻게 만들어졌나 ? 우리는 어디에서 왔으며, 왜 여기에 있나 ?

소립자 ( 전자, 쿼크 ) + 네개의 힘

현재의 가장 큰 가속기, 가장 성능이 좋은 현미경은 ?

시카고

페르미 국립 가속기 연구소 Fermilab

(Enrico Fermi) 페르미

(Benjamin Lee) 이휘소

CDF 입자 검출기 DZero 입자 검출기

검출기 모형도

CDF 입자 검출기 1995 년 탑 쿼크 발견

충돌 결과를 검출기에 담다 !

Fermilab

페르미 연구소 본관본관 앞의 국기들 한국 국기

가속기 위의 건물들

2007 년 5 월 16 일 경기 과학고등학교 학생들 페르미 연구소 방문

PET Scan:

양성자 가속기를 이용한 암 치료

가속기는 수퍼 현미경과 같다. 가속기는 또 타임머신과 같아서 우주 초기에만 존재했던 소립자들을 만들어 내는데 ….

1. 양성자와 반양성자를 가속 시키고 1. 양성자와 반양성자의 에너지를 높이고 2. 그속에 있는 쿼크와 그의 반입자의 에너지를 높이고 2. 그들을 충돌 시기는데.. 1. 쿼크와 그의 반입자를 충돌 2. 쿼크와 그의 반입자는 없어지고 3. 그들의 에너지는 새롭고 아주 무거운 소립자, 지금의 우주에는 없지만 초기의 우주에 있었던 소입자를 만들어 낸다.

양성자 ( 쿼크 ) 에너지 반양성자 ( 반 쿼크 ) 에너지 가속기는 또 타임 머신과 같다 ! Energy 입자 ( 쿼크 ) – 반입자 ( 반쿼크 ) 이 만나면 소멸됨 양성자 ( 쿼크 ) 에너지 반양성자 ( 반 쿼크 ) 에너지 E = mc 2

e b p top d u b p

소립자 입자 반입자

top quark Z W... e   e  u d s c b , g Fermilab 소립자의 질량 질량은 어떻게 만들어 졌나 ?  힉스 입자

? 이 세상에서 가장 큰것은 ?

10 7 m = 10 Mm

10 12 m = 1 terameter = 1 Tm 우리 태양계

10 21 m ~10,0000 light years 우리 은하계

10 23 m ~1000,0000 light years

m light years ? 이 세상에서 가장 큰것은 우주

우주는 어떻게 시작되었을까 ?

세상은 무엇으로 만들어 졌나 ? 세상을 어떻게 만들어졌나 ? 우리는 어디에서 왔으며, 왜 여기에 있나 ?

The triumphs and the mysteries Mystery eight: was there a singularity at the big-bang or is it a cycling universe without a singularity? 시간 약 130 억년 우주의 팽창 뜨거운 차가운 우주 우주

암흨 물질

보이는 물질 암흨 물질 암흨 에너지 ( 우주의 가속 팽창 )

가속기 : E = mc 2 우주의 역사 초기의 뜨거운 우주 현재 의 차가 운 우주 소립자와 우주세계의 만남 !! 완벽한 자연 법칙을 찾아서 ….. 가속기로 우주 초기에 존재했던 입자를 만들어서 그 당시의 자연 법칙을 연구

끝

~90 years ago electron 1 100,000 of human hair thickness up quark down quark atom nucleus proton neutron 1 10,000 ~60 years ago 1 10 ~40 years ago 1 100,000 Present

e+e+ e-e- ++ -- u u d d s s 또 다른 소립자는 없을까 ?