안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
1930년대에는 원자핵 속 양성자와 중성자를 붙잡는 핵력의 정체를 몰랐어요. 전기력보다 훨씬 강한데 1~2fm(10⁻¹⁵m)만 벗어나도 거의 사라지는 이상한 힘이었거든요.
1935년 유카와는 전자기력이 광자를 주고받아 생기듯, 핵력도 핵자끼리 어떤 입자를 주고받아 생긴다고 봤어요. 질량 m인 입자를 내보내려면 에너지 mc²를 잠깐 빌려야 하고, 불확정성 원리에 따라 Δt ≈ ħ/(mc²) 안에 갚아야 해요. 그동안 빛의 속도로 가도 R ≈ ħ/(mc)밖에 못 가니, 입자가 무거울수록 힘이 닿는 거리가 짧아져요.
핵력의 도달 거리 약 1.4fm로 거꾸로 계산하면 질량은 약 140MeV, 전자의 270배쯤 돼요. 전자와 양성자 사이의 질량이라 중간자(meson)라는 이름이 붙었어요. 1947년 파월이 우주선 속에서 이 입자를 찾아내 파이 중간자로 확인했고, 유카와는 1949년 일본인 최초로 노벨 물리학상을 받았어요. 지금은 중간자가 쿼크와 반쿼크 한 쌍으로 된 입자이고, 핵력의 뿌리는 글루온이 전달하는 강력이라는 것까지 밝혀졌어요 :)