1-3. 6종류의 쿼크와 6종류의 렙톤 — 자연의 레고 블록

🔍 [1단계] 무슨 문제지? — 왜 기본 입자가 이렇게 많을까?

레고를 해본 적 있지? 레고의 멋진 점은, 몇 종류의 기본 블록만 있으면 자동차도, 성도, 우주선도, 뭐든 만들 수 있다는 거야. 빨간 블록, 파란 블록, 긴 블록, 짧은 블록… 종류는 많지 않은데, 조합하면 무한한 것을 만들 수 있지.

자연도 비슷해. 우주의 모든 것 — 별, 행성, 바다, 공기, 네 몸, 스마트폰, 피자 — 은 아주 적은 종류의 기본 입자로 만들어져 있어.

지난 절(1-2)에서 우리는 그 기본 입자 중 두 가지를 만났어: **위 쿼크(u)**와 아래 쿼크(d). 그리고 이 두 쿼크에 전자(1-1절에서 만났지!)를 더하면, 우리 주변의 모든 평범한 물질을 설명할 수 있다는 것도 알았어.

그런데 여기서 놀라운 이야기가 시작돼.

1930년대부터 1970년대까지, 물리학자들은 입자 가속기라는 거대한 기계로 입자들을 빛의 속도에 가깝게 가속시켜 서로 충돌시키는 실험을 했어. 그때마다 처음 보는 새로운 입자가 쏟아져 나왔어!

뮤온, 파이온, 케이온, 시그마, 오메가… 수십 종류의 입자가 발견된 거야.

물리학자 엔리코 페르미는 이렇게 한탄했대: "이 입자들을 다 외울 줄 알았으면, 차라리 식물학자가 됐을 거야!"

너무 많은 종류의 입자가 쏟아져 나오니, 물리학자들은 혼란스러웠어. "이것들이 정말 다 기본 입자인 걸까? 아니면 더 단순한 원리가 숨어 있는 걸까?"

핵심 질문: "자연의 진짜 기본 재료는 몇 종류이고, 어떤 것들일까? 그리고 왜 하필 그 수일까?"