쿼크모형 : 세상에서 가장 쉬운 과학 수업

정완상

저자:정완상
과학에대한호기심으로서울대학교무기재료공학과에다녔고,물리를향한마음이더욱커져한국과학기술원(KAIST)에서이론물리학을전공하며석박사학위를받았다.30세에경상국립대학교물리학과교수가되어학생들에게물리사랑을전파하고있다.초심을잃지않기위해꾸준히연구하며현재까지국제학술지(SCI저널)에300여편의논문을게재했다.직접만나는학생뿐만아니라더많은학생들에게과학과수학의즐거움을알려주고자책을통해독자를만나고있다.[과학자가들려주는과학이야기시리즈]중《아인슈타인이들려주는상대성이론이야기》를비롯한31권과[과학공화국법정시리즈]50권을집필했다.최근에는중학교에서도통하는초등수학을카툰으로그린[개념잡는수학툰시리즈]를출간했고,노벨상오리지널논문을쉽게풀어낸[노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학시리즈]를집필중이다.우리나라의노벨과학상수상자가쏟아져나오기를바라는마음에서네이버카페[정완상교수의노벨상-오리지널논문공부하기]를운영하고있다.

과학을처음공부할때이런책이있었다면얼마나좋았을까
천재과학자들의오리지널논문을이해하게되길바라며
보이지않는입자를예측한겔만_윌첵박사깜짝인터뷰

첫번째만남|입자가속기의발명
콕크로프트와월턴의가속기_최초의입자가속기
밴더그래프가속기_고전압발전기를발명하다
선형가속기_가속기발전의역사
로런스의사이클로트론_종이냅킨의스케치로부터
싱크로트론_입자의궤도를나선에서원형으로

두번째만남|군과대수
갈루아의생애_비운의천재수학자
군의정의_이항연산과네가지조건
회전군_반시계방향으로몇도회전시킬까?
마리우스솝후스리_동료들과함께학문적열정을쏟다
행렬군과리군_행렬군이특별한관계를만족할때
유니터리군_N차원복소공간에서
리대수_변수가아주작은경우

세번째만남|새로운입자의발견
새로운입자_입자발견의역사
아이소스핀의등장_동일한입자의서로다른두상태
중간자_핵력을매개하는입자가필요해!
타우입자_전자나뮤온보다무거운경입자를찾아서
약력을매개하는입자_질량이0이아닌새로운입자
약력을매개하는입자의발견_양성자와반양성자를충돌시켜

네번째만남|기묘한입자의출현
케이온을발견한두과학자_파이온다음으로발견된중간자
V입자_성차별을극복하고
케이온_기묘한입자
기묘도_입자의속성을나타내는새로운수치
새로운중입자_람다,시그마,크시,델타
니시지마-나카노-겔만법칙_세사람이발견한재미있는공식

다섯번째만남|쿼크모형
사카타모형_페르미-양모형을모든강입자로확장하다
쿼크모형의창시자겔만_겔만의생애와연구
강입자의정리_짝지어배열하기
겔만의쿼크모형_제임스조이스의소설에서
su(3)대수와쿼크모형_대칭군과연결짓다

여섯번째만남|쿼크모형의진화
한무영과난부의색깔이있는쿼크_빛의삼원색처럼
참쿼크의존재를예언한과학자들_비요르켄,일리오풀로스,마이아니,이휘소
참쿼크의필요성_입자가속기의실험결과로부터
글루온_마치고무줄처럼
참쿼크의발견_독립적으로찾아낸새로운중간자
보텀쿼크와톱쿼크_이론에서증거수집을거쳐발견에이르기까지

만남에덧붙여
TheProductionofHighSpeedLightIonsWithouttheUseofHighVoltages_로런스논문영문본
ChargeIndependenceforV-particles_나카노-니시지마논문영문본
OnaCompositeModelfortheNewParticles_사카타논문영문본
SymmetriesofBaryonsandMesons_겔만논문영문본
DiscoveryofaNarrowResonanceine？e？Annihilation_릭터논문영문본
ExperimentalObservationofaHeavyParticleJ_팅논문영문본
위대한논문과의만남을마무리하며
이책을위해참고한논문들
수식에사용하는그리스문자
노벨물리학상수상자들을소개합니다

★전국과학교사모임추천★일대일친절한과학수업
★이공계진학예정자필독서★노벨상수상자논문영문본수록
★박문호의자연과학세상특강선정도서

우주를구성하는단위는
우리가생각한것보다훨씬더단순하고아름답다

현재교육과정에서쿼크라는용어는고등학교1학년통합과학에처음등장한다.원자핵의구성요소인양성자와중성자.그것을이루는더작은기본입자인쿼크.《세상에서가장쉬운과학수업쿼크모형》은낯설기만한이‘쿼크’의세계를집중적으로탐구한다.
가장먼저새로운입자들이쏟아져나오게한입자가속기의발명과그역사를살펴보았다.입자의성질을설명하는데필요한군과대수의기본개념도소개했다.이어서여러새로운입자들이어떻게발견되었는지그일화와각입자의특징도다루었다.쿼크모형이나오기까지밑거름이된이론을비롯하여쿼크모형의창시자겔만과그의이론,그가예측한새로운입자도알아보았다.나아가다른학자들을통해쿼크모형이어떻게진화했는지,여러가지연구와실험의발전과정을소개했다.
이책을통해쿼크라는기본벽돌로지어진입자라는구조물을더흥미롭게탐구할수있을것이다.

보이지않는것을믿는인간이성의힘
그믿음을수식과실험으로증명해내는과학의승리

1960년대초,입자물리학은혼란그자체였다.가속기에서쏟아지는수많은새로운입자는마치‘입자동물원’같았다.그때한사람의눈에만이혼란속에서질서가보였다.숫자와패턴,대칭을사랑한이론물리학자머리겔만(MurrayGell-Mann).1964년겔만은세상을놀라게할짧은논문을발표했다.
“이모든복잡한입자들은,사실더작은단위인쿼크(quark)세개로이루어져있을수있다.”
수십년이지난뒤우리는실험으로겔만의예측이옳았음을확인했다.겔만의쿼크모형은현대입자물리학의토대인표준모형의뼈대를이룬다.
이책은쿼크모형의역사,수학적구조,철학적의미,그리고겔만교수의삶을따라가는여정이다.쿼크는단순한물리학이론이아니다.보이지않는것을믿는인간이성의힘,그믿음을수식과실험으로증명해내는과학의승리를상징한다.과연보이지않는입자들로이루어진우리세계는무엇으로부터시작된것일까?이책은겔만이꾼그상상의꿈을소개한다.

청소년과일반독자의과학수준을높여
노벨과학상수상자가매년나오기를바라며

2025년11월27일새벽,우리기업이우리기술로만든한국형발사체누리호의4차발사가성공적으로이루어졌다.세계에대한민국의과학기술력이얼마나성장했는지,앞으로어떻게발전해나갈지보여주는유의미한성과라하겠다.
이책에는머리겔만을비롯하여톰슨,로런스,파울리,유카와히데키,양전닝,슈윙거등입자물리학의발전에지대한공헌을한수많은노벨상수상자가등장한다.특별히대한민국출신의세계적인과학자한무영교수와이휘소교수의업적도다루었다.여러과학자의연구내용과일화를엿보며,위대한이론은어느한사람의노력으로이루어지지않았음을깨달을수있다.
우리나라는아직노벨과학상수상자가한명도없다.이제청소년과일반독자의과학수준을높여노벨과학상수상자가매년나오기를바라는저자의마음을이책에담았다.과학강국으로도약하는대한민국,더불어노벨과학상수상의꿈을이책의독자들이함께이루어나가길기대한다.