우주의 렙톤, 광자

렙톤

렙톤의 다른 말로는 경입자라고도 하며 이는 강한 상호작용을 일으키지는 않지만 파울리 배타 원리에 따르는 반정수 스핀의 기본적인 입자이다. 같은 종의 두 렙톤은 동시에 정확히 같은 상태에 있을 수가 없다. 렙톤에는 두 가지 중요한 부류가 존재한다. 하나는 하전 된 렙톤으로 전자 유사 렙톤이라고도 불리며, 또 하나는 중성 렙톤으로 중성미자로 더 잘 알려져 있다. 하전 된 렙톤은 안정적이며 우주에서 가장 흔한 하전 경입자인 반면에 뮤온과 타우는 우주선을 포함하거나 입자 가속기에서 수행되는 것과 같은 고에너지의 충돌 과정에서 생성된 직후 빠르게 붕괴하는 불안정한 형태의 입자이다. 하전 된 렙톤은 다른 입자와 결합하여 원자와 양전자 같은 다양한 합성 입자를 형성할 수도 있다. 전자는 원자에서 발견이 되며 모든 화학적 특성과 직접적인 연결이 이루어져 있기 때문에 모든 화학을 지배하는 것이 전자이다. 중성 렙톤은 어떤 물질과도 대부분이 상호 작용하지 않으며 거의 대부분이 관찰되지 않는다. 중성 렙톤은 우주 전체에 널리 퍼져있지 만 만 정상적 물질과 상호 작용하지 않는다는 특징이 있다. 경입자 시대는 초기 우주의 진화 과정에서 렙톤이 우주 질량을 지배했던 기간을 말한다. 그것은 강입자 시대가 끝날 때 대다수 강입자와 반강입자가 서로 소멸 후 대폭발 직후 시작되었다. 경입자 시대에는 우주의 온도가 여전히 렙톤과 반렙톤의 쌍을 생성할 만큼 상당히 높았기 때문에, 렙톤과 반렙톤의 열평형적 상태에 놓여있었다. 대폭발 직후 우주의 온도는 랩톤과 반렙톤 두 쌍이 더 이상 생성되지 않는 지점까지 떨어진다. 대부분의 렙톤과 반렙톤은 쌍 소멸 반응에서 사라졌기 때문에 작은 렙톤들의 잔유물질만 남았다. 우주 질량은 이후 광자 시대에 들어서면서 광자에 의해 지배되기 시작하였다.

광자

빛과 다른 형태의 모든 전자기 복사를 말하는 용어가 광자이다. 가상의 광자를 통해 정적인 상태일 때도 전자기력에 대한 힘 전달의 매개체이다. 광자 힘의 효과는 광자가 정지 질량이 제로이기 때문에 미시적 형태의 수준과 거시적 수준의 형태에서 아주 쉽게 관측이 가능하다. 이것은 아주 먼 거리의 상호 작용을 허용하기도 한다. 거의 모든 기본적 입자들과 마찬가지로 광자는 현재 양자역학에 의해서 아주 잘 설명이 되며 파동과 입자의 특징을 나타내는 파동과 입자 이중성을 나타내기도 한다. 광자의 시대는 대부분 렙톤과 반렙톤 경입자 시대의 끝과 대폭발 후 소멸된 이후로부터 시작되었다. 원자핵은 광자 시대 처음 몇 분 동안만 발생된 핵합성의 과정에서 생성이 되었다. 광자 시대의 나머지 기간 동안에는 우주는 핵과 전자 및 광자로 구성된 아주 뜨겁고 긴밀한 플라스마를 포함한다. 대폭발 직후 우주의 온도는 핵이 전자와 결합하며 중성 원자를 생성할 수 있게 되는 시점으로 떨어졌다. 결과적으로는 광자가 더 이상의 물질과 빈번하게 상호 작용하지 않으며 우주는 결국에는 투명해졌다. 이 기간 동안 아주 높이 적색 편이 된 광자는 우주의 마이크로파 배경을 형성하기 시작한다. CMB에서 감지할 수 있는 온도와 밀도의 세세한 변화는 모든 후속 구조 형성을 발생시킨 초석이 되었다.

다양한 우주의 물질들