[천문학 칼럼 383회] 전자-양전자 쌍소멸에 대하여

우주에 관한 왜곡된 정보는 인류사회에 공포와 허무감을 조성하며 막대한 경제적 피해를 끼친다. 그 왜곡된 정보는 과학이라는 명분으로 잘 포장되어 언론을 통해 유포되며, 인류에게 공포와 허무감을 줄뿐만 아니라, 45조원 이상의 막대한 경제적 피해까지 끼치고 있는 것이다. 아울러 그 왜곡된 정보의 비과학적 실체를 밝히는 것은, 인류문명의 완성을 위해 매우 중요하다.

위키백과에 다음과 같은 내용이 실렸다.

전자-양전자 쌍소멸에 대하여

위키백과

쌍소멸(영어: pair annihilation)은 전자와 양전자(전자의 반입자)가 충돌하여 없어지는 현상이다. 충돌의 결과로 전자와 양전자는 사라지고 감마선 또는 다른 입자가 만들어진다.

(입자가 만들어지는 경우는 드물다.) 이러한 과정은 다음의 보존법칙을 만족해야 한다.

• 보존. 전과 후의 의 합은 각각 0이 돼야 한다.

• 보존과 에너지 보존. 이로 인해 감마선이 하나만 생길 수 없다.
• 보존.

에너지가 낮은 경우[편집]

에너지가 낮은 경우에는 가능한 최종 상태가 제한된다. 대부분은 두 개나 그 이상의 감마선 광자가 생성된다. 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙에 의해 하나의 광자만이 생성될 수는 없다. 대부분의 경우, 두 개의 광자가 만들어지고 각각의 에너지는 전자나 양전자의 정지질량에너지(511keV)와 같다. 또한 만들어진 두 개의 광자는 운동량 보존법칙에 의해 서로 반대방향으로 방출된다. 중성미자는 전자보다 가볍기 때문에 쌍소멸을 통해 한 개 혹은 그 이상의 중성미자-반중성미자 쌍이 생성될 수 있다. 하지만 중성미자쌍이 만들어질 확률은 매우 낮다.

에너지가 높은 경우[편집]

입자의 속도가 낮은 경우에는 정지에너지에 비해 입자의 운동에너지가 매우 작아 운동에너지는 무시된다. 입자가 상대론적인 속도(상대론적인 효과를 감지하기에 충분한 속도를 말한다)로 움직이면 입자의 운동에너지가 정지질량에너지에 대해 충분히 커지게 되고 이로 인해 입자가 가진 총 에너지(총에너지 = 정지질량에너지 + 운동에너지)가 정지질량에너지에 비해 커지게 된다. 따라서 전자나 양전자의 운동에너지가 감지할 수 있을 만큼 크다면, 다른 무거운 입자들이 생성될 수 있다. 광자나 가벼운 입자도 생성될 수 있는데, 생성된 광자와 입자의 에너지가 훨씬 커진다.

거짓 주장에 대한 진실

2,329. 위키백과는 다음과 같이 주장한다.

쌍소멸(영어: pair annihilation)은 전자와 양전자(전자의 반입자)가 충돌하여 없어지는 현상이다. 충돌의 결과로 전자와 양전자는 사라지고 감마선 또는 다른 입자가 만들어진다.

- 전자와 양전자가 충돌하며 사라진다는 것은 곧 전자가 해체되어 사라진다는 것을 의미한다. 그리고 새로운 입자가 생겨난다는 것은, 그 입자가속기의 진공을 이루는 원-입자들이 결합하며 나타나는 현상이다. 아울러 새로 나타나는 입자의 질량은, 전자와 양전자가 충돌하면서 발생한 에너지에 비례한다. 이를 물리적 증거로 반론할 수 있는가?

2,330. 위키백과는 다음과 같이 주장한다.

에너지가 낮은 경우에는 가능한 최종 상태가 제한된다. 대부분은 두 개나 그 이상의 감마선 광자가 생성된다. 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙에 의해 하나의 광자만이 생성될 수는 없다. 대부분의 경우, 두 개의 광자가 만들어지고 각각의 에너지는 전자나 양전자의 정지질량에너지(511keV)와 같다. 또한 만들어진 두 개의 광자는 운동량 보존법칙에 의해 서로 반대방향으로 방출된다. 중성미자는 전자보다 가볍기 때문에 쌍소멸을 통해 한 개 혹은 그 이상의 중성미자-반중성미자 쌍이 생성될 수 있다. 하지만 중성미자쌍이 만들어질 확률은 매우 낮다.

- 현대입자물리학은 원자핵(양성자)과 전자의 질량은 1,836배의 차이가 나고, 전자와 중성미자의 질량은 10억 배의 차이가 난다고 한다.

그러니 1개의 양성자가 붕괴되면 1,836개의 전자들로 해체되고, 두 개의 전자가 충돌하면서 붕괴되면 20억 개 정도의 중성미자들로 해체되고, 또 그 중성미자들이 붕괴되면서 수십억 개의 광자들로 해체되어야 한다. 입자들의 질량을 따져볼 때 당연히 그래야 한다.

이 진실을 물리적 증거로 반론할 수 있는가?

2,331. 위키백과는 다음과 같이 주장한다.

전자나 양전자의 운동에너지가 감지할 수 있을 만큼 크다면, 다른 무거운 입자들이 생성될 수 있다. 광자나 가벼운 입자도 생성될 수 있는데, 생성된 광자와 입자의 에너지가 훨씬 커진다.

- 1974년, 스탠포드선형가속기에서 전자와 양전자는 20억에서 60억eV까지의 에너지를 가질 때까지 가속된 후 충돌하여, 전자의 질량보다 2천배 이상 무거운 입자가 생겨났다.

그 가속기의 진공을 이루는 원-입자들이 그 전자들이 충돌하면서 발생한 에너지를 얻고 결합하여, 그 전자의 질량보다 2천 배 이상 무거운 질량을 가지고 나타난 것이다.

그런즉, 전자와 양전자가 충돌 후에 생겨나는 입자의 질량은, 전자와 양전자의 충돌에너지에 비례한다. 이 진실을 물리적 증거로 반론할 수 있는가?