재밌어서 밤새읽는 소립자 이야기

재밌어서 밤새읽는 소립자 이야기 ㅣ 재밌어서 밤새 읽는 시리즈
다케우치 카오루 지음, 조민정 옮김, 정성헌 감수 / 더숲 / 2015년 12월

재밌어서 밤새읽는 소립자 이야기

 운동을 하고 나면 제일 궁금해지는 나의 체중이다.. 땀을 흘려 운동하 만큼 내 몸이 조금은 가벼워 졌으리라 기대하며

​체중을 재보며 나에게 감사해본다..  몸무게는 우리 몸의 질량이다. 질량은 우주에서도 찾아볼 수 있다.

여기에서 우리는 궁금증이 생긴다... 눈에 보이는 모든 물질은 질량이 있지만

이 세상의 모든 기본 입자들은 질량이 0이다..

질량의 근원.. 힉스 입자의 발견

조금은 재미있게 찾아읽는 즐거움을 느끼고자 재밌어서 밤새읽는 소립자 이야기를 본다.

 물질에 질량을 부여하는 힉스 입자라는 명칭은 그 개념을 처음 제시한 영국의 과학자 피터 힉스(Peter W. Higgs)의 이름을 따서 지어 졌다.

그가 1964년 이 입자의 존재 가능성을 제기한 이후 약 40년간 과학자들은 힉스입자를 발견하려고 노력해왔으나

 아직까지 그 모습이 발견이 되지 않아 흔히 ‘신의 입자’라고 불린다.

그렇다면 힉스입자가 발견되지 않는 이유는 무엇일까? ​

힉스 입자는 물질을 구성하지는 않지만 질량의 근원을 알 수 있게 해주는 중요한 문제이다.

박 교수는 “LHC에서 힉스 입자를 발견하기 위한 실험은 물리학의 성패를 결정짓는 것”이라며

 “심지어 우주 생성 원리를 밝혀낼 단서가 된다는 점에서 힉스 입자는 아주 중요한 열쇠다.”라고 말했다.

 국내에 출간된 소립자 관련 책들은 모두 어려운 전문가용 책이 대부분이다. 보도 이해가 전혀 되지 않느다.

 이 책은 과학을 누구나 이해할 수 있게 풀어내 일본과 국내에서 각종 우수도서와 추천도서로 선정되어 사랑받고 있는 ‘재밌어서 밤새읽는’ 시리즈로,

 일반 대중을 위해 쉽게 쓰여진 소립자 책이다.

‘재밌어서 밤새읽는’ 시리즈의 특성을 살려 다른 소립자 책에서는 볼 수 없었던 친근한 방식으로

 소립자에 관한 가장 기본적인 지식부터 최근의 다양한 소립자 연구 분야에 이르기까지 소립자라는

정체불명의 존재에 관한 많은 것들을 소개하고 있다.
소립자, 대체 왜 이 작은 물질의 발견에 이토록 열광하는 것일까?

물질의 기본인 원자핵을 쪼갠 중성자와 양성자의 구성인 쿼크와 전자와의 관계에 대한 개념도부터

시작해 새롭게 발견된 힉스입자, 초대칭과 초끈이론을 주로 다루고 있다.

소립자의 정체가 무엇인지, 우리에게 왜 중요한 발견인지, 그리고 상상을 초월하는 엉뚱한 가설들과

소립자 연구를 둘러싼 물리학자들 사이의 흥미진진한 신경전까지 술술 읽다보면

어느새 소립자의 세계에 빠져들어가 고개를 끄덕이고 있을 것이다.

​
공상과학소설에 나올법한 흥미진진한 소립자의 세계 소립자는 우리를 꿈꾸게 하기도 한다.

물리학에서 확률 거의 99.9999%에 가까운 이론만이 인정받고 살아 남는다.

물리학자 그들은 자신을 각각  '이론쟁이' 혹은 '실험쟁이'로 부르는데  둘 사이의 관계가  꽤 재미있다.

이 책에 파인만과 겔만의 경쟁일화도 재밌었다.

하지만 책이 중간 정도 넘어갈 수록 물리학자들이 머릿속에서 가설로만 존재하는 소립자론에

대한 내용들이 조금은 이해가 안가는 것들도 있었다..

이렇게 많은 사람들이 소립자를 주목하는 이유는 무엇일까?

신이 숨겨놓은 입자라 불리우는 힉스입자가 너무나 궁금해진다..

소립자의 수는 지금까지 16종류가 있는데  

힘을 전달하는 소립자는 보손으로 글루온, 광자, 위크보손(W,Z)이며 스핀은 1이다.

그 외에 중력장(그래비톤), 힉스입자. 마지막으로 발견한 17번째 소립자가 바로 힉스입자다...

17가지밖에 안되어 외우기 어렵지 않은 듯하지만 역할들이 많아 역시 깊이 알기는 어려웠다.

물질을 만드는 소립자는 페르미온으로 질량에 따라 쿼크와 렙톤으로 나뉘고

 쿼크는 다시 6종류로, 렙톤도 전자와 뉴트리노로 나뉘며 각각 3개씩 나뉘는데 스핀은 1/2이다.

그 중 글루온과 광자가 없었다면 물질은 존재할 수 없는 원리와 광자와 힉스입자와 상호작용하지 않는 설명할 수 없는 부분도 신기했다.

그렇다면 광자는 무엇일까?

광자는 빛으로 유일하게 물의 저항을 받지 않아 힉스입자와 상호작용하지 않는다..

힉스입자의 존재를 느끼지 못한다..

질량이 없는 소립자에 질량을 부여하는 입자로 입자라기보다는 힉스장이라고 보면 된다고 한다.

유럽입자물리연구소(CERN)에서 존재한다고 공식인증한지 얼마 되지 않았는데(2013년),

현재 이곳에서는 거대 강입자 가속기(large hadron collider,LHC)에서 광속에 가까운 양성자 충돌로 실험을 하고 있고,

1조분의 1초이하에서 붕괴되어버리기에 붕괴 후 생기는 광자측정을 통해 발견하려하고 있다.

현재 이론에서 차원을 점점 확장하면 점(0차원) 다음으로 나오는 것이 선(1차원)이다. 이를 끈이라고 부른다.

그래서 점입자였던 소립자가 확장된다=선이된다 고 말하는 것이다.

초대칭이 소립자의 반대입자들이라면 초끈이론도 초대칭처럼 초끈과 짝을 이루는 물체인 D-브레인이 있고,

이 D-브레인이라는 경계조건(장)에서 초끈이 튀어나온다는 이미지이다.

 11차원이나 평행우주론 등 알수록 어렵긴하지만 이 부분은 천천히 몇번 읽어보면 어느정도 개념이 잡히도록 예시도 잘 들어놓은 편이다. 

마지막 장의 반입자에 대한 '자발적 대칭성의 파괴'와 고차원시공간도 흥미롭고 막연하게만 알고 있었는데

 궁금했던 부분을 전체적으로 쉽게 속시원히 알게해준 추천할만한 책이라 생각한다.  

중간 이후부터는 조금 이해가 안가는 부분도 있지만 인내를 조금만 가지면 물리학의 재미를 더욱 느껴볼 수 있다.