물리학에 대해 궁금한 게 있습니다. (특히 핵, 입자 쪽.)

Question

1. 진공 요동으로 생기는 입자들과 기본 상호작용 매개하는 입자들 '가상 입자'로 부르는데 왜 그런지 궁금합니다.
실제로 없지만 우리가 생각한 개념이어선지 있는데 관측할 수 없어선지 모르겠어요.
인공지능에 물어봐도 점입자인지 모르지만 가정을 그렇게 한다는 답변이 있고 양자역학적으로 점입자라는 답변도 있어 헷갈립니다.
2. 기본 입자들은 크기가 0인 점입자들일까요?
크기가 유한할 경우 크기가 유한한 강체일 수 없다는 에렌페스트 역설이 있는데 크기가 유한하지만 신축성 있는 덩어리로 봐야 할까요?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

가상 입자가 가상인 건 관측을 못 해서가 아니라 계산 방법에서 나온 이름이에요. 두 전자가 밀어내는 확률을 구할 때 무수히 많은 경로를 다 더하는데, 각 경로 그림에 등장하는 중간 단계 선이 가상 입자예요. 실제 입자와 달리 질량과 에너지 관계식을 안 지켜도 되는 수학적 항목이라, 요즘은 입자가 아니라 계산의 부기 항목으로 보는 쪽이 많아요. 진공 요동도 입자가 생겼다 사라지는 그림보다 양자장의 에너지가 확정되지 않은 상태로 이해하는 게 정확한데, 그 효과 자체는 카시미르 효과처럼 실험으로 확인돼요.

두 번째는 표준모형에서 기본 입자를 크기 0인 점으로 취급해요. 전자 크기 측정 실험에서 아직 유한한 크기가 발견되지 않았고 상한이 10의 마이너스 18제곱 미터 이하예요. 말씀하신 에렌페스트 역설처럼 유한한 크기의 강체는 상대성이론과 모순이라 애초에 성립하지 않고요. 신축성 있는 덩어리라는 그림은 끈이론에서 다루는데, 그 크기가 플랑크 길이 수준이라 지금 실험으로는 점과 구별할 수 없어서 검증이 안 된 가설이에요. 헷갈리셨던 두 답변은 확인된 사실과 가설의 층위가 달랐던 거예요 :)