우주선 (cosmic rays)
우주선에 대한 연구는 원래 대기 중의 이온화 검출기에 기록된 복사배경(background radiation)을 설명하기위해서 나온 것이었다. 복사배경의 원인으로 지구의 방사능에 기인한다고 1910년 이전에는 생각하였다. 그러나 얼마 안 있어 예상치의 허용량과는 다르게 해수면위로 상승할수록 방사능은 감소하는 것이 아니었다. 1911년 기구를 띠워서 측정의 토대를 만들었고, 헤스(Victor Franz Hess, 1883-1961)는 대기권 넘어나 근방에서 침투하는 방사선을 판독하였다. 1차대전 후 밀리칸(A. Millican, 1868-1953)등 몇 사람이 헤스의 측정에 대해 이의를 제기했다. 1925년에 가서 우주선의 연구는 계속되어 밀리칸이 헤스의 오류를 수정하였다.
헤스와 밀리칸은 우주선이 전자기 방사 에너지를 띄고 있다고 믿었다. 1929년에 새로운 해석이 제기 되었고, 보테(Walther Bothe, 1891-1957)와 콜홀스터(Werner kolhörster, 1887-1946)는 새롭게 발명된 가이거 뮬러 계수기를 써서 우주선의 경로 지도(map)를 그렸다. 이들의 결과는 매우 신빙성 있는 해석을 내렸고 우주선이 침투 할 때 이온화가 되고, 전하를 띤 입자이며 광자(빛알, photon)[광양자]가 아니라는 것 이었다; 그리고 그들은 전하를 띤 제1차 우주선은 지자기장에 의해서 편향(쏠림, deflection)이 될 것 이라고 관찰하였다. 콤턴(Arthur H. Compton, 1892-1962)이 광범위하게 조사해본 바에 의하면 지자기장이 위도효과를 갖는다는 것을 알았다. 1934년 이래로 거의 모든 물리학자들은 제1차 우주선이 대전된 입자라고 믿게 되었다.
우주선에너지에 대한 직접적인 측정에는 약 15000가우스 정도의 거대하고 값비싼 자기장이 필요했다. 초기의 정밀한 측정치는 440kw를 소모하는 장(마당, field)에다 놓은 구름상자로 측정을 하였고, 동시에 새로운 결과인 전자의 반대개념인 양전자의 존재를 확인 하였다. 앤더슨(C. D. Anderson, 1905-미상)이 그 양전자를 발견했는데 디락(1902-1984)의 이론에서 기술된 반입자로 판명이 되었다(소립자).
후속실험의 결과로서 현재는 뮈 중간자(mumeson, muon)라고 부르는 소립자가 발견이 되었는데, 전자와 동일한 전하에 질량은 200배인 것으로 드러났다. 물리학자들은 재빨리 이 입자가 큰 침투성을 갖고 있으며, 양자전기 동력학에 부합되는 것을 알았고, 만일 우주선이 전자적인 상태라면 매우 신속히 흡수가 될 수 있을 것이라고 보았다. 중간자의 질량은 유가와 핵력이론에서 가설적인 운반자(나르개)의 질량과 일치하는 것으로 보인다.
1947년 사진유제(photographic emulsion)라는 최첨단 기술을 사용하여 포웰(C. F. Powell, 1903-1969), 오치알니니(G. Occhialini, 1907-미상) 그리고 라테(C. M. G. Lattes, 1924-미상)가 유가와 입자가 파이중간자(pi meson, pion)로서 불안정한 뮈온의 붕괴로 생긴다는 것을 발견하였다.
파이온들 자체는 제2차 우주선으로서 대기권내에서 제1차 우주선에 의해서 생겨나는 것으로, 주로 양성자들로 구성 되어있다. 입사양성자(incident proton) 에너지의 흡수(absorption)는 매우 복잡한 것으로 드러났다: 양성자파이온뮈온전자광자(빛알)전자/양전자 쌍광자전자/양전자 쌍등. 마지막 단계는 우주선 소나기로 구성이 되었는데 1930년대 내내 연구했었던 것으로, 로시(B. Rossi, 1905-미상), 하이틀러(W. Heitler, 1904-미상), 바하(H. J. Bhabha, 1909-66), 오펜하이머(J. R. Oppenheimer, 1904-1967)등에 의해서 이루어 졌다. 1950년대 GeV급의 가속기가 설치되어 고에너지 핵물리학에 대한 제1차 정보원을 목적으로 한 우주선에 대한 연구는 중지되었다.
[네이버 지식백과] 우주선 [cosmic rays, 宇宙線] (과학사사전, 2011. 2. 1., 이호중)
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