▼일상의비유를통해복잡한물리를이해할수있는개념으로바꾸어놓은책
물리학을접해보고자하는사람들은시작부터난관에부딪히게된다.복잡한수식과난해한개념때문이다.특히나입자물리는눈으로는볼수없는작은입자들의세계를다루고있기때문에더욱이해하기어렵다.게다가입자들의행동은이우주안의어떤것과도비슷하지않으며,우리가일상생활에서만나는것들과완전히다르게움직인다.
이런내용을제대로이해하려면수학을배워야하지만,저자는입자에관한굵직굵직한아이디어와흥미로운개념들을어려운수...
▼일상의비유를통해복잡한물리를이해할수있는개념으로바꾸어놓은책
물리학을접해보고자하는사람들은시작부터난관에부딪히게된다.복잡한수식과난해한개념때문이다.특히나입자물리는눈으로는볼수없는작은입자들의세계를다루고있기때문에더욱이해하기어렵다.게다가입자들의행동은이우주안의어떤것과도비슷하지않으며,우리가일상생활에서만나는것들과완전히다르게움직인다.
이런내용을제대로이해하려면수학을배워야하지만,저자는입자에관한굵직굵직한아이디어와흥미로운개념들을어려운수식을빌리지않고도이해할수있도록일상생활의언어로설명한다.우리주위에서흔히볼수있는것들에입자를비유해독자들이입자들의세상에좀더쉽게다가갈수있도록도와주기때문이다.예를들어빛알이어떻게힘을전달하는지설명하기위해각자스케이트보드위에올라선두사람이마주본채공과부메랑을주고받는상황에빗대거나,양자역학의경로적분과숨은변수이론을설명하기위해집에서회사까지출근하는다양한경로들을예로든다.약력과베타붕괴를설명할때는텔레비전할인판매의경우를활용함으로써복잡한방정식이없어도입자에관한핵심적인개념들을이해할수있게해준다.
▼입자물리에관한역사상가장거대한실험들을만나다
이책에서또하나돋보이는점은입자실험들의흥미로운뒷이야기를들을수있다는것이다.원자핵을발견한러더퍼드의금박실험처럼널리알려진에피소드부터,입자들의흔적을발견하게해준찰스윌슨의구름상자실험,우주선(cosmicray)을발견하기위한과학자들의다양한실험등역사적으로의미있는실험들을생생하게만날수있다.또한오늘날진행중인입자물리에관한크고작은실험들도자세하게소개되어있다.그중에서도스위스유럽원자핵공동연구소(CERN)에있는거대강입자충돌기(LHC)에관한세세한묘사,2012년세계를놀라게한힉스보손발견당시의현장스케치와LHC를이용한‘입자사냥’에관한이야기들은모험영화를보는듯흥미진진하다.CERN의연구원으로ATLAS등여러굵직한연구에활발하게참여하고있는저자의이력이빛을발하는대목이다.
▼가장작은것들이가져다줄커다란미래에관한이야기
20세기에우리는물리학의근본이흔들리는것을목격했고,이것이기술에서의혁명과우리삶의변화로이어지는것을확인했다.양자역학이반도체와디지털혁명의핵심적역할을수행했던것처럼,힉스보손도언젠가우리의생활을획기적으로바꾸는역할을할지모른다.
하지만저자가들려주고자하는것은단지물리학의발전이눈앞의실용적이익을가져다준다는이야기가아니다.입자물리학은근본적으로세상에서가장작은기본입자들을연구함으로써우주를이해하려는시도다.이책은힉스보손보다훨씬더의미있는무언가가,우주전체와우리가몸담고있는이세계에대한우리의생각자체를완전히뒤바꿔버릴만한발견이우리앞에다가와있는지도모른다는사실을독자들에게알리고자한다.물리학에매혹되어자신의인생을무한히작은것들을연구하는데바친연구자들이오늘도크고작은실험실에서머리를맞대고완전히새로운무언가를발견하기위해온신경을집중하고있을것이다.그리고새로운데이터,새로운측정으로우주에대한이해를더욱발전시켜미래에어떤방향으로나아가야하는지,근본적으로우리가어디서왔는지를탐색할것이다.그러므로이책은가장작은세상에관한이야기인동시에가장커다란세상에관한이야기다.
[책속으로이어서]
힉스보손이없는우주는텅빈공간외에달리상상할수없으며,고립된입자들이차갑고어두운암흑속에서서로를쌩하니지나쳐날아다닐뿐이다.-172쪽
LHC는둘레가27km나되는괴물같은장치다.양성자들은한다발로묶여터널안으로입장하고원형궤도를따라서로마주보는방향으로날아간다.LHC는양성자들을시종일관6.5TeV까지가속시키고,에너지를받은양성자들은터널을초당1만회이상회전한다.일단가속기에실리면양성자다발은약12시간동안회전하며,거대하고강력한자석이양성자를계속회전시킨다.자석의개수는총1,232개이며,각각의무게는약35t정도되고길이는14.3m가량이다.이자석들로8.3테슬라의자기장을유도한다.냉장고에붙이는자석과비교할때대략2만배정도강력한것이다.물론LHC에서냉장고자석을붙여입자를가속시키는것은그다지실용적인방법은아닐것이다.이러한자기장을완벽하게제어하기위해서는자석들이초전도체여야하고,온도는-271.25˚C로유지되어야한다.이온도는절대영도보다겨우1.9˚C높은온도이며우주보다도더차가운온도다.-184~185쪽
중성미자는정말로측정하기가어렵다.중성미자는질량이없는것같은데,그말은중성미자가빛의
속도로움직인다는뜻이다.게다가상호작용을일으키는경우도극히드물어서어떠한물질이든건드리지않고그대로통과해날아간다.그러나입자를검출하고그특성을알려면입자가상호작용을하면서뭔가를때려야한다.중성미자의상호작용빈도수를이론적으로계산할수있으므로(그다지자주는아니다),중성미자가검출기를때릴가능성을높이려면검출기를얼마나크게지어야하는지도계산할수있다.그길이는1광년보다도더길어야한다.즉,검출기의길이가지구에서가장가까운항성인알파센타우리까지가는거리의1/4정도라고할때,이검출기에중성미자를쏘아넣으면검출할확률이대략50%정도가된다는말이다.-220쪽
누구나좋아하는중성미자이야기가있는데,여기에는가속기중성미자가등장한다.2011년에중성미자가빛의속도보다빠르게여행하는것같다는정황이포착되면서,한때중성미자가우주의가장기본적인법칙을깨뜨리는게아닐까여겨졌던적이있었다.이런일은1905년아인슈타인이특수상대성이론을발표한이래불가능한일로간주되던것이었다.CERN의입자가속기는알프스지하를가로질러남쪽으로730km떨어진이탈리아의지하연구소를직접겨냥해중성미자빔을만들어쏘고있었다.이지하연구소에서는OPERA실험(OscillationProjectwithEmulsion-tRackingApparatus)이진행중이었는데여기에서중성미자를검출한것이다.중성미자가빛의속도로이동하면여기까지오는데대략200만분의1초정도가걸리는데,실제로는600억분의1초정도빨리도착했다.이게사실이라면이는그야말로혁명적인사건이며,현대물리학의뿌리를뒤흔드는도전과제가될것이었다.-223~224쪽
그렇다면암흑물질은무엇인가?맨먼저나온아이디어는단순히우리가보지못하는정상물질이라는것이었다.매우무겁고상대적으로작으며별처럼빛을내지못하는행성이나블랙홀이나소행성같은물체로생각했다.이암흑물질들이은하계의가장자리(헤일로)에살고있어야회전속도곡선이나다른효과들을설명할수있다.그래서헤일로를이루는거대질량체(MassiveAstrophysicalCompactHaloObjects,MACHOs)라는이름이붙었고,약칭으로‘마초’라고부른다.문제는우리가관측한효과를일으키려면이러한마초들이어마어마하게많이있어야하는데,은하
