왜, 우리가 우주에 존재하는가?

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시작하며 9

1장 부끄럼쟁이 중성미자 21
우주는 우로보로스의 뱀 23 | 정체불명의 물질로 가득 찬 우주 25 | 중성미자가 넘쳐나는 우주 27 | 원자의 세계를 탐구하다 29 | 사라진 에너지 31 | 파울리의 예언 32 | 원자력발전소에서 발견된 유령의 정체 34

2장 소립자의 세계 37
수많은 소립자로 이루어진 우주 39 | 쿼크로 이루어진 양성자와 중성자 41 | 소립자는 모두 삼형제 43 | 소립자에 맛이 있다고? 45 | 입자의 캐치볼-힘 47 | 강한 힘의 정체 50 | 약한 힘의 정체 52 | 네 가지 힘의 통일을 위해 53 | CP대칭성의 깨짐 56 | 고바야시-마스카와 이론의 등장 58 | 고바야시-마스카와 이론의 검증 60

3장 정말 신비로운 중성미자의 세계 63
열쇠를 쥐고 있는 중성미자 65 | 중성미자의 무게 68 | 중성미자는 시간을 느낀다 74 | 중성미자로 태양을 보다 76 | 태양 중성미자 문제 78 | 캄랜드 실험 80 | [칼럼] 가미오칸데와 중성미자 82

4장 너무나 가벼운 중성미자의 비밀 85
항상 왼쪽 돌기인 중성미자 87 | 왼쪽 돌기 반중성미자는 초중량급 89 | 통일된 힘의 세계를 보여주는 소립자 92 | 왼쪽 돌기 중성미자가 가벼운 이유 93 | [Q&A] 96

5장 중성미자가 장난꾸러기라고? 99
힘의 통일과 중성미자 101 | 우주에 우리가 존재하는 이유-중성미자 103 | 중성미자로 알아보는 물질과 반물질의 움직임 106 | 전자 중성미자로 변한 뮤우 중성미자 107 | [Q&A] 111

6장 힉스입자의 정체 113
힉스입자는 신의 입자?! 115 | 경차를 충돌시켜 전차를 찾다 119 | 1000조 번의 충돌로 얻은 10개의 힉스입자 122 | 99.99994%의 확실성 124 | 광자와 뮤온을 찾아라 126 | 새로운 입자의 존재를 예언한 힉스 박사 129 | 자발적 대칭성 깨짐 131 | 힉스입자가 식어 우주에 질서가 134 | 얼굴 없는 힉스입자 138 | 새시대의 개막-힉스입자의 얼굴 찾기 140 | 통일의 시대 143 | [Q&A] 147

7장 왜, 우리가 우주에 존재하는가? 151
부풀어 있는 우주 153 | 빅뱅의 증거 155 | 인플레이션 이론 158 | 소립자 요동의 주름 161 | 태초의 우주를 향해 164 | 초끈이론에 거는 기대 167 | 원자보다 작았던 우주의 탄생 170 | 우주의 과거와 미래를 보여주는 ‘스미레 계획’ 175 | [Q&A] 178

마치며 181
찾아보기 185

시작하며
하지만 우리는 이 우주에 존재합니다. 그렇다면 원래 같은 수량 존재했던 물질과 반물질 중에서 누군가가 반물질만 한 움큼 집어 물질 쪽으로 옮겨놓은 것은 아닐까요? 그렇지 않고서야 이런 일이 일어날 리 없지 않을까요? 그런데 어쩌면 이 의문이 곧 풀릴지도 모릅니다.
그 열쇠를 쥐고 있는 것은 중성미자라는 작은 입자일 것으로 추측되고 있습니다. 중성미자는 알면 알수록 신비한 성질을 가지고 있으며 암흑물질, 인플레이션과도 깊은 관련이 있을지 모릅니다. 어쩌면 우리가 이 우주에 태어날 수 있었던 것도 중성미자 덕분인지 모릅니다. 뿐만 아니라 힉스입자나 인플레이션, 그리고 암흑물질 등도 우리가 탄생하는 데 필요했다는 사실이 밝혀졌습니다. 지금부터 그 수수께끼를 풀어가며 어떻게 우리가 이 우주에 태어나게 되었는지 생각해 봅시다.

중성미자가 넘쳐나는 우주
물질을 만드는 입자의 수로 세어보니 이 우주에는 중성미자가 가장 많았습니다. 우리 몸을 만드는 양성자, 중성자, 전자 등은 중성미자의 10억 분의 1에 불과합니다. 이 우주는 사실 중성미자가 넘쳐났습니다. 1m3당 300개나 있다는 것은 우주 어디를 가더라도 중성미자가 존재한다는 것을 뜻합니다. 게다가 중성미자는 태양 같은 별로부터 대량으로 방출되어 1초 동안 수백 조 개나 되는 양이 우리의 몸을 통과합니다. 그렇게 방대한 수의 중성미자가 통과하고 있음에도 불구하고 우리는 중성미자를 느낄 수 없고 본 적도 없으며 만진 적도 없습니다. 대체 어찌 된 일일까요?