제9권 · Chapter 1 · 1절

1-1. 원자핵의 구성: 양성자와 중성자

놀라운 사실로 시작하기

지금 이 순간, 당신의 몸을 이루고 있는 원자 하나하나의 중심에는 믿기 어려울 만큼 작고, 믿기 어려울 만큼 무거운 무언가가 들어 있다.

얼마나 작은가? 원자 전체를 축구장 크기로 확대하면, 원자핵은 축구장 한가운데 놓인 쌀알 한 톨 정도의 크기다. 원자의 지름은 약 $10^{-10}$ m인데, 원자핵의 지름은 그 10만 분의 1인 약 $10^{-15}$ m — 즉 1펨토미터(fm) 수준에 불과하다.

그런데 얼마나 무거운가? 그 쌀알 같은 핵 속에 원자 질량의 99.95% 이상이 몰려 있다. 원자핵 물질을 각설탕 크기로 모으면, 그 무게는 약 1억 톤 — 에베레스트 산 전체의 무게에 맞먹는다.

이 극단적인 밀도 속에서 대체 무슨 일이 벌어지고 있는 걸까? 그리고 이 작은 핵 속의 물리학이, 밤하늘에 빛나는 별들과 대체 무슨 관계가 있을까?

이 절의 핵심 질문: 원자핵은 무엇으로 이루어져 있으며, 그 구성요소들은 어떤 성질을 가지고 있는가?