[이공계 진로 추천도서] 세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형, 정완상

세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 쿼크모형 - 입자가속기의 발명부터 쿼크의 발견까지 ㅣ 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 20
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 12월

많은 이공계 교수님들, 과학을 가르치는 교사들이 감탄하며 읽는 책 [노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학]의 마지막 책 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형> 이 출간되었다. 이공계 진로 희망 학생, 영재고나 과학고 진학을 준비하는 학생들에게 내가 강력히 추천하는 시리즈이기도 하다. 벌써 마지막 책이 나오다니, 시원섭섭한 이 기분... 
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​길고 긴 여정을 마친 정완상 교수님은 어떤 기분일까 혼자 추측해 보기도 했는데, 이미 다른 책을 열심히 집필하고 계신 듯 하다. 
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작년 10월에도 어김없이 노벨상 수상자들을 발표했다. 우리나라에서는 아직 한 명도 나오지 않은 노벨 과학상 수상자, 옆나라인 일본에서는 스스무 기타가와 교토대 교수가 노벨 화학상을 수상하여 축제 분위기였다. <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형>의 서문에 나온 것처럼, 과학 꿈나무들이 이 책을 열심히 읽고 언젠가 우리나라에서도 노벨 과학사 수상자들이 나오길 바란다. 

정완상 교수가 커다란 꿈을 안고 집필한 책인 만큼, 이 책에는 독자들의 높은 수준과 요구 사항에 맞춰 노벨상 논문을 이해하기 위해 필요한 '수식'들이 나와 있다. 일반 과학 교양서들이 수식이나 어려운 학문적 용어들을 너무 배제하여 해당 내용을 제대로 다루지 못하는 것과 반대이다. <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형>은 새롭게 알아가는 즐거움을 느끼면서 지적 도전을 하고 싶은 이들에게 추천하는 책이다.

<세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형>의 앞 부분에는 노벨 과학상을 수상한 저명한 과학자의 인터뷰가 나와 있다. 이번에 인터뷰를 한 분은 점근적 자유 모형으로 2004년 노벨 물리학상을 수상한 '윌첵 박사'로 천재적인 직관으로 입자물리학을 체계화시킨 '겔만의 쿼크모형 논문'에 대한 내용이 간단히 나와 있다.

그가 쓴 논문은 짧지만, 입자물리학의 판도를 완전히 바꾼 혁명적인 선언문이었습니다. 거기에는 우리가 알고 있는 양성자, 중성자 같은 입자가 사실은 더 기본적인 입자인 쿼크 3개로 구성되어 있다는 이론을 제안합니다. 당시엔 실험으ㅇ로 관측되지도 않은 입자들을, 단지 수학적 대칭성과 패턴을 통해 예측한 것이죠.

…중략…

하지만 시간이 지나면서 겔만의 이론은 점점 더 많은 입자 간 관계를 설명해 주었어요. 결국 입자물리학의 주류 이론인 표준모형의 기초가 되었습니다. 겔만이 아니었다면 오늘날의 입자물리학도 없었을 겁니다.

-<세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형> 윌첵 박사 인터뷰 중에서-

인터뷰를 통해 겔만이 1964년의 논문을 통해 과학사에 어떤 업적을 남겼는지, 물리학에서 그 이론이 가진 의의가 무엇인지 대략 파악할 수 있다. 

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​<세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형>에서는 '쿼크 모형'에 대해 본격적으로 이야기하기 전에 준비운동을 시작한다. 입자가속기의 발명 과정과 현존하는 가장 크고 에노지가 높은 입자가속기의 존재, 입자의 궤도를 측정한 결과, 현대대수에 처음 입문한 이들을 머리 싸매게 만드는 군과 대수, 새로운 입자의 발견 과정과 기묘한 입자의 출현을 알아보고 나서 마침내 쿼크모형에 도달한다. 이 과정에서 중고등학교 과정에서 배우는 수학은 물론이고 대학교에서 배우는 수학 내용들이 언급된다.  
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쿼크모형이 나오는 데 큰 도움을 준 '사카타 모형'이라는 것에 대해 알아본 후 쿼크모형의 창시자 겔만의 생애와 연구에 대해서도 이야기한다. 물리학자들이 새롭게 발견된 중간자와 중입자를 여덟 개씩 짝 지어 배열한 모형 배치와 오메가 입자에 대한 설명이 앞서 나오고 쿼크 사이의 관계를 완벽하게 묘사한 '다이어그램'에 대해서 설명한다. 이후 쿼크모형의 진화, 쿼크모형에 대한 노벨상 영어 논문까지 최종적으로 알아보며 책을 마무리한다. 

2025년은 정완상 교수가 느꼈던, 과학에 대한 즐거움을 함께 공유할 수 있어서 더 뜻깊은 한해였다. 완벽히 노벨상 논문을 이해하지 못했더라도 그 과정 하나가 모두 재미있었고 예전에 배웠던, 그러나 의미없고 어렵게만 느껴졌던 수학 이론들이 이렇게도 쓰였다는 것을 깨달을 수 있었다. 많은 이들이 과학과 수학을 더 사랑하게 되기를 바라면서 '세상에서 가장 쉬운 과학'시리즈의 마지막 서평을 끝낸다.