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세상이 무엇으로 이루어져 있는지 이해하는 것은 겉으로 보기에는 다소 난해한 탐구처럼 보일 수 있다. 하지만 이 탐구는 실제로 가장 큰 결과를 가져온 것으로 느껴진다. 플라스틱, 비료, 자동차, 컴퓨터, 인터넷, 유전공학, 휴대전화, GPS 등은 모두, 적어도 부분적으로는 이 질문에 답하기 위한 시도에서 비롯된 것이다.

이 모든 물질의 중심에는 고체, 액체, 기체 등 모든 물질이 궁극적으로 무수히 많은 작은 입자들로 구성되어 있다는 인식이 자리 잡고 있다. 원자라고 불리는 더 작은 단위로 구성된 분자가 화학 결합으로 결합하여 단순 화합물 또는 복합 화합물을 형성하거나 단독 원자 자체로 구성된다.

원자와 분자 사이의 상호작용은 화학의 모든 기초를 형성한다. 하지만, 과학자들은 역설적으로 물질(matter) 모델을 복잡하게 만들기도 하고 단순화하기도 하는 아원자(원자 내부에서 일어나는) 세계라는 또 다른 차원의 심층 구조에 대한 증거에 직면했을 때에도 이를 거의 이해하지 못했다. 이제 물질세계의 대부분은 수십 개의 원소 대신 소수의 기본 입자로 이해할 수 있지만, 이 소수의 입자가 작동하는 방식은 매우 이상할 수 있다.

아원자 영역을 이해하려는 우리의 탐구는 스위스에 있는 세계 최대 과학 프로젝트인 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)보다 더 잘 드러난 곳은 없다. 이곳에서는 빛의 속도에 가깝게 이동하는 입자 흐름 사이의 충돌을 통해 빅뱅 당시의 조건을 재현하여 우주 생성 이후 갇혀 있던 입자를 방출하는 것이 목표이다.

세계에서 가장 크고 야심 찬 입자가속기인 대형 강입자 충돌기 내부에서는 빛에 가까운 속도로 아원자 입자 흐름을 서로 충돌시켜 물질의 깊은 구조를 탐구한다.

※ 원자(atom): 물질의 기본적 구성단위. 하나의 핵과 이를 둘러싼 여러 개의 전자로 구성되어 있고, 크기는 반지름이 10^-7~10^-8cm이며 한 개 또는 여러 개가 모여 분자를 이룬다.

※ 분자(molecule): 물질에서 화학적 형태와 성질을 잃지 않고 분리될 수 있는 최소의 입자. 희유기체와 같이 1원자의 분자도 있지만, 보통은 두 개 이상의 원자가 공유 결합에 의하여 결합되어 이루어진, 전기적으로 중성인 입자이다. 원자 수가 수천, 수만인 것을 고분자라고 한다.

※ 화합물(compound): 둘 이상의 원소의 원자를 가진 동일한 분자로 이루어진 물질.

※ 강입자(hardron): 서로 강한 상호 작용을 하는 소립자를 통틀어 이르는 말. 양성자, 중성자, 시그마 입자, 람다 입자 따위의 바리온 족과 파이, 카파, 이타 따위의 중간자 족으로 나뉜다.

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