[Aether 물리] #22 중력자 Graviton

매장된 이더 물리에 대한 개인적 호기심 탐구 시리즈입니다.
아인슈타인의 상대성 이론, 소립자, 양자역학을 짚어보고, 궁극적으로 이더 물리를 파헤칩니다.

초끈이론에서의 기본입자

초끈이론에서는 물질을 구성하는 것이 막과 끈이라고 했습니다. 그러면 지금까지 알아봤던 쿼크, 전자, 광자 들은 초끈이론은 어떻게 설명하고 있는 걸까요?

초끈이론에서는 위 그림처럼 D-brane과 초끈의 배치, 연결 관계에 따라 쿼크, 전자 등이 구별된다고 얘기합니다. 그림에 보이는 것은 막이고 끈인데, 수학적으로는 기본입자의 질량, 전하, 스핀이 잘 설명됩니다. 사실 표준 모형의 입자 모델도 우리가 이해하기 편하도록 입자형태를 상상하지만, 우리가 아는 것은 특성뿐입니다. 그 모양을 우리가 맘대로 상상하는 것이죠. 그래서 어떤 모양이 중요한게 아닙니다.

여기서 잠깐
이더 물리에서는 에너지 진동에 의해서 기하 구조가 생긴다고 했습니다. 그런데 이 기하구조도 기본 기하가 존재합니다. 플라톤 솔리드라는 정다면체가 그것입니다. 이더 물리에서는 모양(기하)가 중요하다고 얘기합니다.

중력자

지금까지는 열린 끈에 대해서만 알아봤습니다. 끈은 두 가지가 있다고 했는데, 다른 끈은 바로 닫힌 끈입니다. 이 끈이 바로 중력을 전달하는 중력자입니다.

중력이 전달되는 내용이 아래 그림으로 표현되어 있습니다.

D-brane에서 중력에 의해 열린 끈들이 움직입니다
초끈 두 개가 충돌해서 하나의 고리(중력자)가 됩니다
고리가 D-brane에서 튕겨져 나가서 다른 D-brane에 떨어집니다

이렇게 해서 중력이 고리라는 중력자에 의해서 전달됩니다.

역시나 이것은 증명할 수 있는 수준이 아닙니다. 초끈의 크기는 10^-35m로 측정기기의 오차보다 훨씬 작습니다. 또한 중력은 너무나도 미세한 힘이고, 충돌 실험하기 위해 10^19GeV/c^2의 에너지를 원자보다 작은 영역에 집중시켜야 합니다. 그래서 초끈이론은 수학적 이론으로만 존재하게 될 것입니다.

그렇지만 초끈이론에서는 스핀이 2인 입자가 존재합니다. 그래서 초끈이론에서는 이것이 바로 중력을 매개하는 중력자일 것이로 추정합니다. 그리고 중력은 작용거리가 무한하기 때문에 질량이 없어야 하고 광속으로 움직여야 하고, 전하도 없어야 합니다. 왜냐하면 전하값을 가지면 이론적으로 중력자는 단독으로 존재할 수가 없기 때문입니다. 또 중력자는 다른 힘 매개자와 상호작용하면 안되기 때문입니다.

중력은 서로 끌어당기는 힘이 아닙니다. 겉으로는 그렇게 보여도 일반 상대성이론에서 봤듯이 질량이 있는 곳에서 시공간이 휘어지게 되고 이 시공간상에서 중력자가 중력을 매개하는 역할을 하는 것입니다.

중력자의 개념 정립으로 다음과 같이 4개의 힘 매개체를 도식화할 수 있게 됐습니다.

현재까지 발견된, 예측된 입자들표입니다. 많아도 너무 많습니다. 그리고 관측이 예상되고 관측되지 않은 것들도 너무나 많습니다. 어쩌면 모델이 없는 것을 만들어 낸 것인지도 모르겠습니다.

참고

소립자 물리학은 다음 책을 참고하였습니다.