49年 걸려 立證된 힉스… 科學은 忍, 忍, 忍[이기진의 만만한 科學]

東亞日報
入力 2024年 4月 25日 23時 27分

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物理學者는 實驗物理學者와 理論物理學者로 나뉜다. 나는 實驗物理學者이고, 블랙홀을 硏究하는 옆 硏究室金敎授는 理論物理學者이다. 陽子力學이 完成되기 前까진 特別히 둘을 나누지 않았는데, 分野가 다양해지고 專門化되면서 理論物理學科實驗物理學을 區分하기 始作했다.

X船을 發見한 빌헬름 뢴트겐은 實驗物理學者였다. 그는 1868年 취리히聯邦工大에서 博士學位를 받고 난 後 7年 동안 講師와 硏究院生活을 했으며, 以後 여기저기 大學을 옮겨가며 敎授로 在職했다. 그리고 1895年 X船을 發見했다. 博士學位를 받은 지 27年 만에 얻은 成就였다. 그는 그때까지 48篇의 論文을 썼지만 注目을 받지 못했고, X선 發見을 담은 49番째 論文을 發表하고 나서야 世界的인 物理學者가 되었다.

1901年 뢴트겐은 X船을 發見한 功勞로 第1回 노벨 物理學賞을 받았다. 그는 賞金을 몸담고 있는 大學에 寄附했고, X선 發見에 對한 特許權도 마다했다. 普通發見에 自身의 이름을 붙이곤 하는데 그것마저도 拒否했다. X線關聯論文들이 쏟아졌지만, 좀 더 젊은 사람들이 硏究할 수 있도록 그 自身은 더 以上 X船을 硏究하지 않았다. 어찌 보면 뢴트겐은 노벨의 遺言 “人類의 福祉向上을 위한 發明이나 發見을 한 사람”에 딱 맞는 模範的인 人物이지 않았을까.

얼마 前 ‘힉스 笠子’를 豫測해 노벨賞을 받은 理論物理學者 피터 힉스 敎授가 別世했다. 그에게 노벨賞을 안겨준 1964年論文은 그가 35歲 때 쓴 것이었다. 英國의 에든버러大에 講師로 있을 때다. 當時에 物理學者들은 世上에 12個의 基本粒子와 4個의 힘이 存在하며, 이 粒子와 힘이 우리가 사는 宇宙를 構成하고 있다고 說明했다. 하지만 當時粒子들의 存在는 밝혀냈지만 왜 이 粒子들이 質量을 가지는지를 說明할 수 없었다. 이때 힉스 博士는 旣存의 理論에 虛點을 發見하고 粒子가 왜 質量을 가지는지를 理論的으로 밝혀냈다. 그의 論文은 質量을 만드는 ‘假想의 粒子’가 特別히 存在해야 한다는 內容을 담고 있었다. 後에 韓國出身物理學者 이휘소 博士는 이 粒子에 ‘힉스 笠子’라는 이름을 붙였다.

理論物理學者가 새로운 理論을 發見하면 實驗物理學者가 實驗을 통해 檢證해야 한다. 그래야 그 理論이 完成된다. 그 後 ‘힉스 粒子’를 發見하기 위해 유럽粒子物理硏究所(CERN)는 大型粒子加速器를 14年에 걸쳐 建設했다. 參與한 科學者만 6000餘名에 達했고, 約 13兆 원이 投資됐다. 그 結果 2012年 7月에 힉스 粒子가 發見됐다. 以後追加實驗과 檢證을 거쳐 2013年 3月公式的으로 힉스 粒子의 存在가 公表됐다. 論文이 發表된 지 49年 만에 存在가 證明되는 歷史的瞬間이었다. 이 功勞를 認定받아 힉스 敎授는 2013年 노벨賞을 받았다.

理論物理學者 힉스 敎授는 現象 뒤에 숨어 있는 本質에 關心이 있었다. 當然하다고 생각하는 것들 뒤에 감춰진 理由를 생각했다. 눈에 보이는 現實裏面에 감춰진 原理를 밝히고 싶었던 것이다.

科學은 忍耐가 이끄는 學問이다. 理論이 實驗으로 檢證되기까지, 몇 달이 걸리기도 하고 數十年이 걸리기도 한다. 數十年의 探究過程 속에서 X船을 發見한 뢴트겐과 35歲에 ‘힉스 笠子’를 豫言하고 그 理論이 立證되기까지 긴 時間을 보낸 힉스, 두 物理學者의 삶의 軌跡을 떠올리며 우리나라 科學政策의 未來를 計劃해보면 어떨까 생각해본다.

이기진 西江大物理學科敎授

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