[도전! 양자역학] 알파-베타-감마

달과 기린을 그려주신 @leesongyi 작가님 고맙습니다.

물리학도도 아닌 제가 그 어렵다는 양자역학이란 주제를 들고 왔습니다. 양자역학은 @hunhani 님께서 깊이 있게 다루어 주셨는데요, 저는 양자역학의 인물과 스토리를 소개하고자 합니다. 관심있게 지켜봐주시고, 잘못된 내용이 있으면 가차 없는 지적 부탁드립니다.

뉴질랜드 사우스아일랜드 넬슨 시 근처의 한 도시
그곳에는 한 소년의 동상이 있다.

Image Credit : Wikimeda Commons

어니스트 러더퍼드(1871년~1937년)

그는 아버지 '제임스 러더퍼드'와 어머니 '마사' 사이에서 태어났다. 아버지는 농사를 비롯해 온갖 일을 했고, 어머니는 학교 선생님이었다.

7남 5녀 중에 넷째였대. (아들 중에서는 두번째)
12명? 난 러더퍼드보다 어머니가 더 대단한 거 같아.

러더퍼드는 영국에서 주는 장학금과 국제 박람회 장학금을 받아 영국 케임브리지 대학교 캐번디시 연구소로 간다.

원래는 다른 사람이 먼저 장학생으로 선정됐는데, 그 사람이 결혼을 하게 돼 뉴질랜드에 남기로 한 거야. 그래서 러더퍼드가 장학생이 됐대.

엄청 운 좋다!

영국이? ㅎㅎ

캐번디시 연구소는 윌리엄 캐번디시(William Cavendish)가 기부한 6,300파운드로 1874년에 설립한 연구소로 노벨상만 무려! 29명을 배출했다. (레일리-아르곤 발견, 톰슨-전자 발견, 크릭&왓슨-DNA 이중나선 구조 등등)

헐! 한 연구소에서 29명!

하지만 1989년 이후 노벨상 수상자가 없음.

러더퍼드가 캐번디시 연구소에 간 것은 초대 소장 맥스웰과 레일리를 거쳐 J.J.톰슨이 소장으로 있던 때였다. (1895년)

그 해 뢴트겐이 엑스선을 발견하고,

뢴트겐 : 뭔지 모르겠지만 하여튼 무언가 있다! 일단 X선이라...

(지금은 엑스레이 검사, CT 검사 등 여러 분야에서 이용된다.)

By Wilhelm Röntgen; current version created by Old Moonraker. [Public domain], via Wikimedia Commons

이듬해 베크렐이 우라늄에서 나오는 방사선을 발견했다.

베크렐 : 난 베크렐선이라 이름 붙였는데...

러더퍼드도 방사선 연구에 뛰어들었다. 그는 우라늄에서 나오는 방사선을 연구해 방사선이 하나가 아니라는 사실을 알아냈다.

종이 한 장으로 막히는 선이 있고, 종이를 투과하는 선이 있다. 또 알루미늄 같은 얇은 금속판에 막히는 선이 있고, 알루미늄을 투과하는 선도 있다. 그는 여기에 각각 알파선 / 베타선 / 감마선이라는 이름을 붙였다.

러더퍼드는 알파선의 성질을 확인하기 위해 자기장 속을 통과시켰다. 패러데이와 맥스웰에 따르면 전기를 띈 입자는 자기장 속에서 휜다. J.J.톰슨은 이러한 성질을 이용해 음전기(-)로 된 전자를 발견하였다.

알파선은 전자와 반대 방향으로 휘었다. 양전기(+)였다. 그리고 전자만큼 휘지 않았다. 전자보다 무거운 입자였다.

전하량을 측정해 보니, 알파 입자는 전자의 2배였다.

갑자기 투뿔 등심이 생각나네.

러더퍼드는 알파 입자를 이용해 또 다른 실험을 생각해낸다. 그 실험은 당시 사람들이 생각하던 원자 모형을 뒤흔드는 실험이었다.

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