빛끼리 부딪히면 왜 아무 일도 일어나지 않을까?

빛끼리 부딪히면 무엇이 생겨날까… 그리고 왜 눈앞에서는 그런 일이 일어나지 않을까? 빛 두 줄기가 얼굴 앞에서 교차하는데, 그 자리에는 아무 일도 일어나지 않습니다. 그런데 저 먼 우주에서는 바로 그 일이 지금 이 순간에도 쉬지 않고 벌어지고 있습니다. 빛끼리 부딪히면 정말로 무엇이 생겨날까요, 그리고 왜 눈앞에서는 그런 일이 결코 일어나지 않을까요. 오늘 밤에는 빛과 물질을 갈라놓는 문턱이 어디에 그어져 있는지를 끝까지 따라가 봅니다. 광자에게 전하가 없다는 사실에서 출발해, 진공 속에 잠깐씩 나타나는 가상의 짝, 브라이트와 휠러가 1934년에 종이 위에 적어 낸 문턱의 높이, 그리고 감마선 지평선까지. 편하게 누워서 들으셔도 좋도록, 처음부터 끝까지 조용한 목소리로 이어집니다. ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 📌 오늘의 세 가지 첫째, 빛이 빛을 그냥 통과하는 이유는 광자에게 전하가 없어서 서로를 붙잡을 손이 아예 없기 때문입니다. 둘째, 그럼에도 빈 공간에 잠깐씩 나타나는 전하 덕분에 아주 좁은 문이 하나 열려 있습니다. 셋째, 그 문을 열려면 두 빛의 에너지 합이 1,022,000 전자볼트를 넘어야 하는데, 눈에 보이는 빛은 거기에 25만 배쯤 모자랍니다. 같은 법칙인데 이 방과 저 우주에서 결과가 정반대로 보이는 이유는, 법칙이 달라서가 아니라 알갱이 하나의 무게가 달라서입니다. ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 📌 측정된 사실과 아직 검증되지 않은 모형 이 채널은 어디까지가 실제로 측정된 것이고 어디부터가 아직 검증되지 않은 모형인지를 언제나 나누어 말씀드립니다. 측정된 사실 — 광자에 전하가 없다는 것, 쌍생성 문턱이 1,022,000 전자볼트라는 것, 먼 은하의 감마선 스펙트럼에서 관측되는 감마선 지평선, 비선형 결정에서의 주파수 변환 확립된 계산, 직접 관측은 아직 — 순수한 빛 두 알만의 브라이트-휠러 쌍생성. 이론은 90년 전에 확립되었지만 실험은 아직 한 번도 성공하지 못했습니다. 논쟁 중이라는 뜻이 아니라, 관측만 남아 있다는 뜻입니다. 아직 검증 중인 모형 — 감마선 폭발 내부의 전자-양전자 불덩어리 세부 구조 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 📌 참고 자료 G. Breit & J. A. Wheeler, "Collision of Two Light Quanta", Physical Review 46 (1934) D. L. Burke et al. (SLAC E144), "Positron Production in Multiphoton Light-by-Light Scattering", Physical Review Letters 79 (1997) ATLAS Collaboration, "Evidence for light-by-light scattering in heavy-ion collisions", Nature Physics 13 (2017) STAR Collaboration, Physical Review Letters 127 (2021) — 브라이트-휠러 쌍생성 관측 CODATA / Particle Data Group — 전자 정지질량 0.51099895 MeV ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 오늘 이야기를 듣다가 마음에 남은 질문이 하나쯤 생기셨다면, 그 질문을 댓글로 적어 두고 가셔도 좋겠습니다. 그렇게 남겨진 질문들 가운데 몇 개는 다음 밤의 이야기가 되기도 합니다. 이런 이야기가 편하게 들리셨다면 구독을 눌러 두시면 됩니다. #쌍생성, #광자, #물리학, #브라이트휠러과정, #빛과물질, #양전자, #감마선, #양자전기역학, #과학다큐, #밤에듣는과학