한 권으로 이해하는 원자·소립자·양자의 세계

시작하며

제1장 소립자란 어떤 물질일까?
1-1 세상의 만물을 구성하는 것은 무엇일까?
원자에서 소립자로
1-2 모든 물질은 소립자에 다다른다
페르미 입자
1-3 소립자를 한데 모으는 것 역시 소립자였다
힘을 전달하는 게이지 입자
1-4 세계의 성립을 설명하는 표준 모형 이후의 발견
중성미자 진동
1-5 전기적인 성질이 정반대인 반입자의 발견
쌍소멸과 쌍생성
1-6 표준 모형의 부족한 부분을 보충하는 각종 소립자론
대통일 이론·초대칭성 이론·초끈 이론

제2장 극소의 세계로-양자론의 새벽
2-1 현대 물리학의 양대 이론의 탄생
상대성 이론과 양자론
2-2 양자론에서 말하는 양자란 무엇일까?
양자·양자화·양자수
2-3 빛의 정체는 입자일까? 파동일까?
안개상자·광전관 실험
2-4 물질은 입자이기도 하며 파동이기도 하다
물질파

제3장 양자론적으로 보는 원자의 구조
3-1 원자 구조는 어떻게 해명되어 왔을까?
고대 그리스부터 20세기 초까지
3-2 방정식으로 도출된 원자 모형
슈뢰딩거 방정식
3-3 원자의 화학적 실체는 전자구름에 있다
전자껍질과 양자수
3-4 전자의 궤도는 입체를 이룬다
양자론의 궤도
3-5 전자구름은 전자의 존재 확률의 도식화
하이젠베르크의 불확정성 원리
3-6 전자 배치에는 규칙이 있다
파울리와 훈트의 원리
3-7 무엇이 원자의 물성과 반응성을 지배할까?
최외각 전자·원자가 전자의 역할

제4장 양자론적으로 보는 분자의 구조
4-1 수소 원자의 궤도와 수소 분자의 궤도
파동함수
4-2 간단하게 구해지는 수소 분자의 결합 에너지
궤도 상관도
4-3 같은 원자로 이루어진 분자의 결합 에너지는?
동핵 이원자 분자
4-4 혼성궤도는 원자궤도의 재편성
sp³혼성궤도
4-5 몇 중 결합과 σ결합·π결합의 관계는?
시스-트랜스 이성질체

제5장 소립자를 통해 보는 원자핵의 구조
5-1 원자의 구조와 원자핵의 구조
전자구름·원자핵과 양성자·중성자
5-2 원자핵을 어떻게 표현할까?
원자번호·질량수·동위원소
5-3 원자핵의 구조는 어디까지 밝혀졌을까?
원자핵 물리학의 ‘마법수’란
5-4 원자핵의 양성자와 중성자를 결합시키는 결합 에너지
방사성 동위원소
5-5 방사선에는 어떠한 것이 있을까?
α선·γ선·중성자선·양자선의 성질

제6장 원자핵 반응과 우주를 생성한 에너지
6-1 원자핵은 어떻게 다른 원자핵으로 변화할까?
원자핵 반응·원자핵 붕괴
6-2 방대한 에너지를 낳는 핵분열 반응과 핵융합 반응
원자핵 분열·원자핵 융합
6-3 원자의 탄생과 성장-우주의 시작과 항성의 일생
항성·중성자별·초신성 폭발
6-4 원자핵 반응을 이용한 원자력 발전의 원리
원자로의 구성 요소
6-5 인간의 손으로 태양을 만드는 인공 핵융합이라는 꿈
핵융합로의 개발

제7장 지구와 인간에 우주 방사선이 끼치는 영향
7-1 우주 방사선은 우리의 생활에 뜻하지 않은 영향을 끼친다
은하 우주 방사선과 태양 우주 방사선
7-2 대기 밖·대기 안의 우주 방사선을 구성하는 입자
1차 우주 방사선·2차 우주 방사선
7-3 우주 방사선과 오로라는 무슨 관련이 있을까?
태양풍으로부터 지구를 지키는 자기권
7-4 오로라의 색깔과 형태의 차이는 어디에서 생겨날까?
색깔은 에너지의 차이
7-5 인체·인간사회에 미치는 우주 방사선의 영향
전자파·오존홀

제8장 어떻게 현실세계에서 양자론을 활용할 수 있을까
8-1 우주 방사선을 이용한 비파괴 검사와 정밀검사
뮤 입자 투과법과 산란법
8-2 뮤 입자로 증명한 상대성 이론
극소는 극대로 통한다
8-3 현대 화학을 이끌어낸 양자화학의 탄생
궤도대칭성의 이론
8-4 양자역학을 이용한 양자 컴퓨터란?
양자 컴퓨터의 특기 분야
8-5 2019년에 밝혀진 블랙홀의 존재
블랙홀의 종류
8-6 초전도 발생 기구의 해명과 새로운 초전도체의 발견
임계온도의 향상

참고문헌
찾아보기

물질을 구성하는 소립자에는 몇 종류가 있지만 한데 모아‘ 페르미 입자’라고 불립니다. 페르미 입자는 또한 ‘쿼크’라는 그룹과 ‘렙톤’이라는 그룹으로 나뉘지요. 그리고 쿼크와 렙톤에는 각각 6종류의 소립자가 있습니다. 따라서 페르미 입자는 전부 12종류가 있다는 말이 됩니다. 각종 소립자의 집합체인 원자를 예로 들어 구체적으로 살펴보면 원자는 원자핵과 그 주변에 있는 전자(구름)로 이루어져 있습니다. 이 전자가 렙톤족의 소립자입니다. 그리고 원자핵은 양성자와 중성자라는 2종의 입자로 이루어져 있는데, 이 양성자와 중성자는 쿼크족의 소립자 3개로 이루어져 있습니다. 즉, ‘양성자는 2개의 위 쿼크와 1개의 아래 쿼크’, ‘중성자는 1개의 위 쿼크와 2개의 아래 쿼크’로 이루어져 있지요.
제1장 소립자란 어떤 물질일까?

‘분자’, ‘핵자’, ‘전자’, ‘양성자’, ‘중성자’, ‘중간자’, ‘소립자.’ 현대 과학에서 사용되는 용어 중에는 ‘자’가 붙는 것이 무척 많습니다. 그렇다면 ‘자’란 무엇을 의미하는 걸까요? 그 대답은 현 단계에서는 이해하지 못하는 분도 많이 있겠지만, 일단은 ‘에너지의 단위량’이라고 정의해두겠습니다. 분자, 원자 등은 확실히 부피(분자 구조, 원자 반지름 등)와 질량(중량, 분자량, 원자량)을 갖고 있습니다. 하지만 소립자에 이르면 이는 의심스러워집니다. 그런 점은 제쳐두고, 지금은 ‘양자란 에너지의 단위량’이라 해둡시다. 즉, 원자나 전자처럼 구체적인 이미지가 있는 것은 아니지만, 어떤 ‘일정량의 에너지가 덩어리(단위)처럼 행동하는 무언가’라는 뜻입니다.
제2장 극소의 세계로-양자론의 새벽