사람 속을 알 수 없는 것처럼 핵은 깊은 곳에… by 방성

방성
공학자

과학기술인이다. 그냥 세상의 물질과 이것 저것에 관심이 많다.

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산업/기술/IT+1 우주/생명

사람 속을 알 수 없는 것처럼 핵은 깊은 곳에…

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방성 · 공학자

2023/07/22

나는 화학 교과서가 바뀌어야 한다고 생각하는 사람 중 하나다. 지금 대학 교재에도 나와 있는 원자 모형 그림은 아이들 그림책에 들어가야 하는 게 맞다. 누구나 원자 모형 정도는 한 번쯤 봤을 것이다. 가장 많이 본 것이 수소 원자일 것이다. 기억이 나지 않는다면 지금 바로 인터넷 검색을 해 보라. 붉은색의 핵과 주위에 전자 한 개가 회전하는 듯 궤도를 그리며 존재한다. 수소의 핵은 양성자 한 개로 존재하는 경수소(輕水素, Protium, 1H)가 가장 많기 때문에 ( 중성자가 한 개면, 중수소이고 두 개면 삼중수소다 ) 양성자 자체를 핵으로 봐도 무방하다. 그런데 왜 붉은색을 양성자로 표현했을까. 전통적으로 많은 화학 교과서 및 다이어그램에서 양성자는 종종 빨간색으로, 중성자는 파란색 또는 회색으로, 전자는 녹색 또는 노란색, 혹은 파란색으로 표시한다. 그러나 이것은 보편적인 규칙이 아니고 다른 교과서나 시각적 표현에 따라 다를 수 있다. 실제로 양성자, 중성자, 전자와 같은 아원자 입자는 색이 없다.

색이 없는 이유는 간단하다. 아원자 입자 자체가 빛의 파장보다 작기 때문이다. 광자는 아원자 입자들과 상호 작용하려 하지 않는다. 색상 코딩은 순전히 복잡한 개념을 더 쉽게 이해할 수 있도록 설명하기 위한 목적이다. 여기까지는 받아 들일만 하다. 내가 말하고자 하는 것은 크기다. 수소 핵, 그러니까 양성자는 우리가 교과서에서 봤던 것보다 훨씬 작다. 너무 작은 경우 우리는 큰 스케일로 이동해 비교하면 이해가 훨씬 쉬워진다. 수소 양성자를 붉은색 농구공에 비유해 보자. 그러면 전자는 농구공 질량의 1,830분의 1 크기에 해당하는 물체다. 뭐가 있을까. 농구공의 표준 무게는 리그와 경기 수준에 따라 조금씩 다르다. 남자와 여자 경기에서 농구공 무게가 다르다. 성인 경기의 경우 남녀용은 각각 약 625g과 약 567g이다. 질량을 온스 Oz와 파운드 lb를 사용해 국제표준인 kg로 환산하면 딱 맞아떨어지지 않는다. 아무튼 중간 평균 무게를 약 596g이다. 전...