Transcript 자발적 대칭성 파괴
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/Rc2) 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.