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붕괴에 관한 혼란스러운 사실들

많은 무거운 원자들은 더 단순한 것들로 붕괴한다. 그러나 이러한 붕괴를 엄밀히 관측해 보면 몇 가지 혼돈스러운 문제가 나타난다.

우라늄-238의 붕괴를 생각해보자.      

사십 사억 육천만년이 지나서 혹은 몇 일만에 절반이 사라져 버릴 수 도 있는 우라늄-238 한 덩어리는 일정한 비율로 붕괴한다. 그러나 우라늄 원자가 언제 붕괴할지 구별할 알 수 있는 방법은 없다. 우라늄 원자는 지금으로부터 5분 후에 붕괴할 수 도 있다. 아니면 붕괴하는데 10억년이 걸릴 수 도 있다. 왜 원자의 붕괴는 확률에 따를까?

우라늄-238의 질량은 238.0502u(원자 질량 단위)이다. 그것은 토리늄 (234.0346 u)과 알파입자(4.0026 u)로 붕괴한다. 그러나 우라늄의 질량에서 토리늄과 알파입자의 질량을 빼면 0.0046 u의 질량이 사라졌다는 것을 알 수 있다. 왜 질량이 사라진 것일까?