스위스 유럽입자물리연구소(CERN) 연구원이었던 팀 버너스 리 박사는 1989년 3월 상사에게 ‘정보관리 제안서’라는 문서 하나를 제출했다. 과학자들의 연구 성과를 서로 주고받을 수 있도록 컴퓨터를 연결하자는 이 아이디어는 곧 받아들여졌고, 1년 뒤 유럽 내 핵물리학자들의 네트워크가 만들어졌다. 그로부터 불과 20년 후인 오늘날 인류는 언제, 어디서나 컴퓨터나 휴대전화만 있으면 세계의 모든 정보를 쉽게 얻을 수 있는 세상에 살고 있다. 리 박사가 만든 것은 1960년대 미 국방부 내부 네트워크로 개발된 인터넷이 전세계로 확산될 수 있는 결정적 열쇠가 된 ‘월드 와이드 웹’(World Wide Web)이었다. ●개미가 인터넷의 원조? 이런 인터넷과 월드 와이드 웹의 원조가 사람이 아닌 개미라는 학설에 과학계가 주목하고 있다. 사실이라면 불과 20년 전에 월드 와이드 웹을 발명한 인류가 수백만년간 지구상에 살아온 개미에 앞서 인터넷을 발명했다고 주장할 수 없는 셈이다. 데보라 고든 미 스탠퍼드대 교수는 최근 국제전기전자기술자협회(IEEE) 모임에서 “개미 사회를 연구한 결과, 이들의 네트워킹 방식이 인터넷 및 월드 와이드 웹의 원리와 아주 유사하다는 사실을 확인했다.”고 밝혔다. 8000여 마리의 개미와 함께 살면서 개미 사회를 연구해온 고든은 이 같은 개미의 네트워크를 ‘앤터넷’(anternet)으로 명명했다. 고든은 같은 대학의 컴퓨터공학자인 바라지 프라브하카 교수와 함께 인터넷과 앤터넷의 유사성 연구를 진행했다. 두 사람은 개미가 먹이를 수확하기 위해 집을 나갔다가 돌아오는 과정이 정보를 보내고 받는 인터넷의 핵심 알고리즘인 TCP와 거의 같다는 사실을 발견했다. 인터넷과 개미사회의 가장 큰 공통점은 거대한 시스템을 움직이는 ‘머리’나 ‘중앙통제시스템’이 따로 없다는 점. 누가 감독하지도 않고 지시하는 존재도 뚜렷하지 않지만 시스템은 그 자체로 원활하게 돌아간다. 인터넷이 서버 단위로 구성된 소규모 네트워크 안에서 각자의 역할을 알아서 수행하듯 개미 역시 자신과 같은 존재인 주변과의 간단한 의사소통만으로 자신의 할 일을 척척 해낸다. 간혹 부분적인 오류가 있지만 전체 단위로 놓고보면 아무런 문제가 없는 것도 같다. 개미는 먹이를 구할 때 다른 개미가 가져온 먹이를 빼앗거나 방해하지 않는다. 개미는 집을 나서는 순간부터 어떻게 하면 가장 빠른 시간에 가장 빠른 경로로 먹이에 도달할 수 있을지에만 관심을 쏟는다. 한번 먹이를 발견하면 신속하게 귀가한다. 특히 먹이가 많으면 많을수록 개미의 이동속도는 더 빠르다. 이는 인터넷의 원리와 놀랄 만큼 닮았다. 정보를 보내기 위한 전파 대역 폭을 최대한 줄이는 반면 정보의 밀집도를 높이는 것이 인터넷의 핵심 알고리즘이다. 심지어 개미는 먼저 나간 개미의 귀환 속도가 늦어지면 이 대열에 합류하지 않고 다른 쪽에서 먹이를 찾는다. 실제로 고든 교수가 먹이를 구해 돌아오는 개미 중 일부를 집이 아닌 곳에 격리하자 다른 개미들이 다시 먹이를 구하는 행렬에 동참한다는 사실을 확인했다. 보내고 받는 정보량이 포화상태에 이르렀다고 판단되면 인터넷이 다른 경로를 찾고, 특정 대역이 비면 그곳에 더 많은 정보를 보내는 것과 같은 행동 양식이다. ●‘서버단위’ 네트워크로 구성 또 20분간 앞선 개미가 돌아오지 않으면 아예 먹이 탐사가 중단되기도 한다. 이는 인터넷이 송신자의 정보 전송이 멈추면 네트워크에서 자동으로 로그아웃되는 것과 흡사하다. 누군가의 명령이 없는 상황에서도 명확한 예측과 시스템에 의해 개미들이 일사불란하게 움직이고 있는 것이다. 고든 교수는 “만약 개미사회를 미리 알았더라면 수많은 수식을 동원해 알고리즘을 짜는 수고가 필요없었을 것이며, 더 발전된 인터넷의 등장도 가능했을 것”이라고 말했다. 실제로 최근 응용과학 분야에서는 개미에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 생물학 전공자 중 상당수가 수리과학이나 금융수학 연구소에 몸담고 있다. 이들은 개미들의 움직임을 패턴화시킨 프로그램을 만들어 불규칙 속에서 규칙성을 찾거나, 효율적인 네트워크 설계에 이용하고 있다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

노벨상의 계절이 돌아왔다. 올해로 111회를 맞는 노벨상은 각 분야에서 ‘지구 상의 가장 위대한 인물’이라는 칭호나 다름없는 권위를 갖는다. 스웨덴 노벨위원회는 10월 8일(현지시간) 생리의학상을 시작으로 물리학상(9일), 화학상(10일), 평화상(12일), 경제학상(15일)을 발표한다. 문학상은 관례에 따라 일정이 별도로 공개된다. 글로벌 학술 정보 서비스업체 ‘톰슨 로이터’는 올해 수상이 유력시되는 노벨상 후보를 19일(현지시간) 발표했다. 톰슨 로이터는 논문 인용 횟수와 주목도로 학문적 업적이 뛰어난 노벨상 수상 후보를 매년 발표하고 있다. 지난 21년간 이 업체가 선정한 후보 중 22명이 노벨상을 수상했다. 올해도 미국이 초강세를 보이는 가운데 일본 학자들의 영향력이 여전했다. 한국인 후보는 없다. ●의학:세포 접착 vs 유전자 조절 생리의학 분야에서는 세포와 세포가 자연스럽게 붙는 현상의 원리를 밝혀낸 리처드 하이네스 매사추세츠공대(MIT) 교수, 에르키 루오슬라티 샌퍼드번햄 의학연구소 교수, 마사토시 다케이치 일본이화학연구소(RIKEN) 연구원 등이 첫 번째로 꼽혔다. 세포 간의 신호 전달과 조작을 발견해 암 발생 원인을 알아낸 앤서니 R 헌터 캘리포니아 샌디에이고대(UCSD) 교수, 앤서니 J 포슨 토론토대 교수도 유력한 후보로 선정됐다. 또 후천적 요인에 의한 유전자가 후대로 물려지는 과정을 발견한 데이비드 앨리스 록펠러대 교수, 마이클 그룬스타인 캘리포니아 로스앤젤레스(UCLA) 교수도 명단에 이름을 올렸다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 힉스 입자 발견으로 관심을 모은 피터 힉스 에든버러대 교수는 물리학상 후보에 포함되지 않았다. 데이비드 펜들버리 톰슨 로이터 노벨상예측팀장은 “과학적 발견 이후 수상하기까지 25년 정도 걸리는데 힉스 교수가 올해 바로 수상하기는 이르다.”면서 “또 힉스 입자에 중요한 영향을 미친 학자가 최소 5명 이상으로, 공동 수상이 3명까지만 허용되는 노벨상 원칙에도 어긋난다.”고 지적했다. 대신 ‘빛의 속도를 늦추는 방법’을 찾아낸 스티븐 해리스 스탠퍼드대 교수, 레넨 하우 하버드대 교수팀이 유력한 후보로 분류됐다. 이들은 초속 30만㎞에 가까운 빛의 속도를 자전거 선수의 속도인 초속 16.9m 수준으로 늦추는 데 성공했다. 다공성 실리콘이 빛을 낸다는 사실을 밝혀낸 리 캔햄 버밍엄대 교수도 후보로 거론됐다. 찰스 베넷 IBM 연구소 연구원, 자일스 브라사드 몬트리올대 교수는 해킹이 불가능한 양자 암호를 개발한 업적으로 후보에 이름을 올렸다. 화학상에서는 광촉매를 개발한 아키라 후지시마 도쿄대 교수, 양자점으로 나노크리스털을 만든 루이스 브루스 컬럼비아대 교수가 각각 단독 후보로 꼽혔다. 또 금촉매를 발명해 환경 오염 개선에 영향을 미친 마사타케 하루타 도쿄도립대 교수, 그레이엄 허칭스 카디프대 교수도 후보로 선정됐다. ●경제학:파생상품 vs 시장변동성 경제학상 후보로는 1976년 파생상품 가격과 관련된 ‘재정가격결정이론’을 주창한 스티븐 로스 MIT 교수가 최우선 후보로 꼽혔다. 로스 교수는 2010년 키코 소송에서 은행 측 증인으로 국내 법정에 선 바 있다. 시장변동성을 이용해 주택가격지수(케이스-실러 지수)를 만든 로버트 실러 예일대 교수가 두 번째 후보다. 실러 교수는 미국의 주택 거품 붕괴와 서브프라임모기지 사태를 예견한 대표적 시장 비관주의자다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

●왕 교수 “스칼라 중력입자 있다” 발표 인류 최대의 실험으로 불리는 유럽입자물리연구소(CERN)의 힉스 입자(Higgs boson) 찾기 작업이 마무리 단계에 접어들었다. 지난 7월 CERN은 거대강입자가속기(LHC)에서 힉스로 추정되는 입자의 존재를 확인했으며, 검증을 거쳐 연말쯤이면 힉스의 존재 유무를 확정지을 수 있다고 밝힌 바 있다. 힉스는 137억년 전으로 추정되는 ‘빅뱅’ 발생 직후 모든 물질을 구성하는 6쌍의 구성 입자와 힘을 전달하는 4개 매개 입자들에 각각의 질량과 성질을 부여한 것으로 알려져 ‘신의 입자’로 불린다. 1964년 처음 존재를 주장한 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수의 이름을 따 힉스로 명명됐다. 물리학자들은 힉스 입자의 발견이 현대 물리학의 근간인 ‘표준모형’의 완성이라고 설명한다. 그렇다면 올해 말 인류는 우주만물의 원리를 모두 파악하게 되는 것일까. 애석하지만 그렇지 않다. 표준모형은 ‘우주가 무엇으로 구성돼 있는가.’라는 질문에 ‘힉스를 포함한 총 17개의 입자가 상호작용을 하면서 우주 만물을 구성하고 유지한다.’고 답한다. 표준모형을 통해 전기력과 자기력을 일컫는 ‘전자기력’, 원자핵과 같은 단단한 물질을 묶어 주는 ‘강한 핵력’, 아주 작은 물질이 성질이 다른 물질과 관계를 맺게 해주는 ‘약한 핵력’ 등의 원리를 설명할 수 있다. 우주의 힘 네 가지 중 세 가지가 표준모형으로 해결된다. 하지만 표준모형은 질량이 있는 두 물질이 서로를 끌어당기는 힘인 ‘중력’을 설명할 수 없다. 중력은 400년 전 갈릴레이와 뉴턴에 의해 존재가 입증됐지만 아직 원리가 밝혀지지 않고 있는 ‘미지의 힘’이다. 결국 표준모형은 모든 학자들이 꿈꾸는 ‘모든 것을 설명할 수 있는’ 최종이론(Theory of everything)이 될 수 없다. 중력에 대한 새로운 가설이 물리학계의 주목을 받고 있다. ‘힉스’ 이후 물리학계 최고의 화두가 될 것이 분명한 이 가설은 9월 초 피터 왕 에버딘대 교수가 “중력의 존재를 입증할 수 있는 새로운 입자인 ‘스칼라 중력 입자’가 있다.”고 발표하면서 알려졌다. 파이낸셜타임스, 가디언 등 외신들은 이 입자를 ‘왕 입자’(Wang particle)라는 별칭으로 부르고 있다. 가디언은 “물질의 근본에 이름을 남긴 과학자는 입자의 한 그룹을 뜻하는 ‘보스 입자’(보존)에 이름을 남긴 인도 물리학자 사티엔트라 나스 보스(1894~1974)와 피터 힉스가 유이(有二)하다.”면서 “왕 교수의 이론이 입증되면 이 같은 영광을 받을 세 번째 사람이 될 것”이라고 밝혔다. ●“왕 입자 존재땐 별의 폭발도 설명 가능” 왕 교수는 ‘왕 입자’에 대한 아이디어를 ‘별은 왜 폭발하는가’에 대한 연구를 진행하던 중에 얻었다. 거대한 별은 핵융합 발전소와 같은 원리로 활동한다. 수소 원자가 융합하면서 헬륨 원자들이 탄생하는 과정에서 에너지가 생겨 빛과 열을 만들고, 이렇게 만들어진 별의 핵 속에서 산소·탄소·철 등 무거운 원소들이 생겨난다. 나이가 든 거대별은 최후를 맞으며 초신성 폭발을 일으킨 뒤 중성자별 또는 블랙홀로 바뀌며 소멸하거나 중성자별 상태에서 또 다른 별과 합쳐져 새로운 블랙홀로 진화하는 것으로 알려져 있다. 하지만 천문학자들은 아직까지 이런 폭발이 왜 일어나고, 초신성 폭발이 어떻게 ‘우주에서 유일한 빛’으로 불릴 만큼 막대한 에너지를 방출하는지에 대한 답을 내놓지 못하고 있다. 왕 교수는 이 같은 폭발에 ‘왕 입자’가 관여하고 있다고 봤다. 왕 교수는 “이 입자는 표준모형의 기본입자들과 비슷하며 힉스와 같은 스칼라 입자”라고 설명했다. 스칼라 입자는 그 자체로는 아무런 회전이나 자기력을 가지고 있지 않은 입자로, 다른 입자와의 상호작용에 의해서만 역할을 한다. 왕 교수의 이론에 따르면 힉스는 힉스장을 만들어 다른 입자들에 질량과 성질을 부여하지만, 왕 입자는 각 입자들이 서로 끌어당기는 중력을 갖도록 한다. 그는 “왕 입자의 존재를 가정하면 별의 폭발에서 생기는 에너지를 설명할 수 있는 것은 물론이고 중력도 입증할 수 있다.”고 강조했다. 왕 교수는 오는 12월 CERN과 왕 입자를 찾기 위한 실험에 대해 논의할 계획이다. 힉스 이후 LHC 활용을 고민하고 있는 CERN 역시 관심이 높은 것으로 알려졌다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

체코 출신의 사고뭉치(?) 조각가 데이비드 체르니(David Cerny)가 런던 올림픽을 기념하는 특이한 작품을 공개해 눈길을 끌고있다.　 이번에 공개된 작품은 런던을 상징하는 2층 버스가 ‘팔굽혀펴기’를 하는 무려 6톤짜리 예술품 ‘런던 부스트’(London Boosted)다. 지난 20일(현지시간) 런던 북부 이즐링턴에 설치된 이 작품은 1957년 제작된 버스 옆면에 두개의 거대한 팔을 부착한 것으로 실제로도 팔굽혀펴기를 한다. 특히 버스는 팔굽혀펴기를 할때 힘들다고 신음소리를 내며 창문을 통해 영상을 보여주는 것이 특징.　 작품을 제작한 체르니는 “팔굽혀펴기는 세계 모든 선수들이 하는 공통된 운동” 이라면서도 “동시에 군대나 감옥에서 얼차려로 쓰이기도 한다.”고 밝혔다. 이같은 팔굽혀펴기의 아이러니한 점이 이 작품을 제작한 동기라는 것이 체르니의 설명. 그간 체르니는 특이한 작품 못지 않게 다양한 논쟁적인 작품으로 뉴스의 중심에 떠오른 바 있다. 지난 1991년에는 구 소련의 탱크를 분홍색으로 칠해 구속된 바 있으며 2009년에는 유럽 연합 본부 앞에 회원국의 상징물을 형상화한 작품 ‘엔트로파’(Entropa)를 공개했으나 국가의 상징이 적절치 않다는 비난에 휩싸인 바 있다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난 4일(현지시간) 스위스에 위치한 유럽입자물리연구소(CERN)에서 지난 반세기 동안 물리학계가 기다려 온 소식이 전해졌다. 세상 만물에 질량을 부여해 ‘신의 입자’로 불리는 힉스로 추정되는 새로운 입자가 발견됐다는 것이다. 힉스의 발견은 현대물리학의 근간인 표준모형의 완성을 의미한다. 하지만 표준모형이 완벽한 이론으로 자리매김했다는 사실이 반갑지 않은 사람들이 적지 않다. 와이어드는 최근 ‘힉스의 발견은 어떻게 현대물리학을 망가뜨리는가’라는 제목의 전망기사를 실었다. 과학전문 매체들도 환호와 실망을 동시에 전하고 있다. 이상하지 않은가. 그토록 찾아 헤매던 힉스가 오히려 물리학에 해를 끼친다니 말이다. 간단히 말하면, 진실에 가까워질수록 새로운 가능성이 줄어들기 때문에 생긴 일이다. 항상 새로운 것을 찾아 헤매고, 끊임없이 우주의 기원을 고민하던 사람들에게 50년 전의 이론이 맞다는 것은 정말 재미없는 일임에 틀림없을 것이다. 와이어드는 “CERN 관계자들은 예상대로 힉스의 특성이 나타나기를 고대하고 있지만, 이론물리학자들은 이젠 힉스가 전혀 이상한 움직임을 보이기만을 바라고 있다.”면서 “힉스가 진짜로 판명되면 이론물리학은 재앙을 맞게 될 것”이라고 전했다. 와이어드는 힉스의 등장이 지난 반세기판동안 이론물리학자들이 제시한 수많은 이론들을 순식간에 과거의 오류로 만들면서, 물리학자들의 궁극적인 꿈인 ‘최종이론’(세상 모든 현상을 아우르는 하나의 원리)으로 다가가는 길을 더욱 멀게 만들 것이라고 내다봤다. 표준모형은 눈에 보이는 수많은 것들을 설명하지만, 중력을 포함하지 못하고, 암흑물질과 암흑에너지도 설명하지 못한다. 끈이론과 초끈이론, 초대칭이론 등 힉스를 포함한 표준모형이 틀렸다는 가정하에 최종이론을 꿈꾸며 만들어진 이론들이 일순간에 물거품이 된 만큼, 물리학자들은 사실상 처음부터 다시 시작해야 하는 출발점에 서게 된 것이다. CERN의 거대강입자가속기(LHC)가 힉스를 발견했다는 것은 이론물리학이 ‘세상을 설명하는 아름다운 수식’으로 표현하는 예측들이 실험의 노예가 된다는 것을 의미하기도 한다. 검증되지 않은 것을 검증하기 위해 물리학은 더욱더 큰 장비와 기계가 필요하기 때문이다. 최종이론을 만들고 이를 증명하기 위해 필요한 투자는 LHC에 들어간 50억 달러와는 비교도 안 되게 많을 것이 확실해 보인다. 박인규 서울시립대 물리학과 교수는 “학자들은 간단명료하고 짧은 수식으로 표현할 수 있는 초대칭이론 대신 조악하기 짝이 없다고 무시했던 표준모형이 옳다는 것을 인정하고 싶지 않을 것”이라고 설명했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

1960년대에 확립된 표준 모형의 마지막 퍼즐인 힉스는 오랜 역사만큼이나 많은 에피소드를 낳았다. 힉스가 ‘신의 입자’로 불리게 된 것은 노벨 물리학상을 수상한 리언 레이더먼이 1993년에 ‘신의 입자’라는 책을 쓴 것이 계기가 됐다. 원래 레이더먼이 쓴 책의 제목은 ‘빌어먹을 입자’(Goddamn Particle)였다. 영국 정부는 힉스를 찾기 위해 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC) 분담금을 내야 한다는 과학자들의 제안서를 전혀 이해하지 못했다. 결국 힉스를 가장 쉽게 설명하는 과학자에게 연구비를 지원하겠다는 취지의 대회까지 열었다. 힉스의 발견은 곧 노벨상 수상을 의미한다. 나머지 16개의 입자를 발견한 과학자 대부분이 노벨상을 수상했다. 이 관점에서 보자면 힉스라는 이름을 제공한 피터 힉스 에든버러대 교수 문제가 논란이 될 수 있다. 힉스 교수는 1964년 새로운 입자의 가능성을 제시했지만 비슷한 시기에 4~5명의 과학자가 같은 내용의 논문을 내놨기 때문이다. 이 과정에 한국계 물리학자 고 이휘소 박사가 있다. 당시 미 페르미연구소 연구부장이던 이 박사가 이름이 없던 이 입자를 처음 힉스라고 명명했다. LHC에서 힉스를 추적하고 있는 과학자는 41개국 3275명이다. 기술자도 790명에 이른다. 따라서 연말에 발표될 것으로 보이는 관련 논문 역시 저자가 2000명 이상인 역대 최대 규모가 될 것으로 보인다. 4일 CERN이 내놓은 보도자료 중에는 한국어판도 있다. 공동 연구에 참여한 한국 연구진에 대한 존중의 의미를 담은 것이라는 게 박인규 서울시립대 교수의 설명이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

“유레카(알아냈다)!” 과학사의 새로운 장이 열렸다. 인류가 지금까지 알려지지 않았던 17번째 입자를 발견했다. 전 세계 41개국 3275명 과학자들의 20여년에 걸친 노력의 결실이다. 그러나 이 입자가 우주 만물에 성질과 질량을 부여한 신(神)의 입자 ‘힉스’인지에 대해서는 추가적인 검증이 필요하다. 그러나 힉스로 판명되든 아니든 물리학의 역사는 완전히 바뀌게 됐다. ●“125GeV 대역서 찾아내… 추가 검증 필요” 롤프 디터 호이어 유럽입자물리연구소(CERN·선) 소장은 4일(현지시간) 스위스 CERN 본부에서 “거대강입자가속기(LHC)에서 힉스를 추적해 온 CMS팀과 ATLAS팀이 125~126GeV(기가전자볼트) 대역에서 지금껏 알려지지 않았던 새로운 입자를 찾아냈다.”고 발표했다. CMS와 ATLAS는 복합 대규모 검출기 종류다. 125GeV는 이 입자가 양성자 125배의 질량을 갖는 거대한 입자임을 의미한다. 호이어 소장은 “우리가 20년 동안 찾아 헤맨 힉스인지는 확실치 않다.”면서 “지금껏 전혀 알려지지 않았던 새로운 물질일 수도 있는 만큼 추가 연구를 진행할 것”이라고 밝혔다. 현대 물리학은 우주 만물을 ‘표준 모형’으로 설명하고 있다. 이는 모든 물질이 기본 입자 6쌍과 힘을 매개하는 입자 4개 등 총 16개로 구성돼 있다는 이론이다. 1995년 미국 페르미연구소가 톱쿼크를 발견하면서 16번째 입자까지 모든 존재를 입증했다. 그러나 이들 입자가 어떻게 각기 다른 성질과 질량을 갖게 됐는지는 밝혀내지 못했다. 1960년대부터 ‘힉스’의 존재를 인정하고 이후 50년간 줄곧 실체를 확인하기 위해 애써 왔던 물리학계에서는 ‘17번째 입자=힉스’라고 규정했다. ●50년간 실체 확인 애써… 만물에 질량 부여 ‘신의 입자’? CMS와 ATLAS팀은 이날 새로운 입자의 존재 확률을 5.1시그마 이상이라고 설명했다. 확률상 99.99994% 이상으로, 300만번의 실험에서 한 번 정도 오류가 발생하는 수준을 일컫는다. CMS팀에 참여해 온 박인규 서울시립대 교수는 “과학적인 의미로 ‘가능성이 높다’가 아닌 ‘발견’이라고 단정지을 수 있는 단계”라고 말했다. 질량이 큰 힉스는 아주 짧은 시간만 존재하기 때문에 관찰이 불가능하다. 이 때문에 힉스가 붕괴하면서 생기는 특징들을 모아 힉스 여부를 확인할 수밖에 없다. 힉스로 입증되면 표준 모형은 완벽한 이론으로 인정받을 수 있다. 대신 초끈이론, 초대칭이론 등 표준 모형의 오류나 맹점을 지적해 온 이론들은 설 자리를 잃게 된다. CERN은 올가을쯤 논문 작성을 시작해 연말쯤 최종 결론을 발표할 계획이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

지금까지 알려지지 않았던 17번째 입자를 찾기까지의 과정은 멀고 험난했다. 137억년 전으로 추정되는 우주대폭발(빅뱅) 직후를 재현해야 가능한 일이었기 때문이다. 이를 위해 유럽입자물리연구소(CERN·선)는 1992년부터 16년 동안 스위스와 프랑스 국경에 둘레 27㎞, 지름 8㎞에 이르는 거대강입자가속기(LHC)를 건설했다. 건설 비용만 50억 달러가 투입됐다. 신(神)의 입자, 창조의 천사로 불리는 힉스를 찾기 위해 과학자들은 LHC에서 반대 방향으로 양성자 다발을 쏜 뒤 서로 부딪치도록 하는 실험을 반복했다. 아주 작은 양성자가 정확하게 부딪치게 하는 작업은 흔히 야구장에서 두 명의 선수가 공을 던져 한가운데서 맞부딪치게 하는 것에 비유될 정도로 확률이 낮다. 그러나 과학자들은 양성자 다발을 만들어 끊임없이 가속시켰다. 현재 LHC에서는 1초에 4000만번의 양성자 다발 충돌이 일어나고 그중 10억번 정도가 양성자 충돌로 이어지고 있다. 비켜 나가는 것을 제외한 실제 충돌은 10만번, 이 가운데 검출기에 찍힐 정도로 강한 충돌은 1초에 100~150번에 불과하다. CERN 한국 대변인인 박인규 서울시립대 교수는 “힉스 검출에 활용되는 자료는 그나마 이 중 1장 정도나 건지면 다행”이라고 설명했다. ●현대물리학 새로운 갈림길에 서다 당초 CERN은 새 입자의 발견을 연말쯤에나 확신할 수 있을 것으로 기대했다. 하지만 지난 4월 LHC의 출력을 대폭 높여 재가동하면서 양성자 충돌이 급작스럽게 많아졌고 그 결과 연말까지 얻어질 것으로 예상했던 데이터양이 불과 3개월 만에 모였다. 이에 따라 힉스를 추적해 온 CMS와 ATLAS팀 모두 새로운 입자의 발견을 확신할 수 있었다. 새로운 입자의 발견은 현대물리학이 중대한 갈림길에 섰다는 의미다. 우선 연말쯤이면 이 입자가 힉스인지 아닌지에 대해 명확한 결론이 내려질 전망이다. 양성자 100배 이상의 질량을 갖는 힉스는 불안정하기 때문에 아주 잠깐 동안만 존재해 직접적인 관찰이나 검출은 불가능하다. 이 때문에 물리학자들은 힉스가 붕괴하면서 생기는 입자들의 비율을 이론적으로 예측해 놓았다. 새 입자를 더 많이 만들어서 그 결과로 나타나는 입자들의 통계를 살펴보면 힉스인지 아닌지 알 수 있다는 것이다. 박 교수는 “예를 들어 화성인을 찾고 있는데 현재는 외계인이라는 것이 확실한 존재를 발견한 수준”이라면서 “이 외계인이 화성인인지, 아니면 지금까지 몰랐던 전혀 새로운 외계인인지에 대한 검증 작업을 진행하고 있다.”고 비유를 들어 설명했다. 이어 “11월까지 실험하면 현재의 3배 정도 되는 데이터를 모을 수 있고 그 정도 데이터면 힉스인지를 판단하기에 충분하다.”고 덧붙였다. 발견한 입자가 힉스가 맞다면 표준 모형이 옳다는 것이 입증되고 이는 곧 현대물리학의 완성으로 귀결될 수밖에 없다. 우주 만물이 생성되고 소멸되거나 존재하는 이유를 물리학으로 완벽하게 설명할 수 있는 것이다. 대신 1950년대 이후 꾸준한 연구가 이뤄진 초끈이론, 초대칭이론 등을 주장해 온 이론물리학자들은 설 자리를 잃게 된다. 반면 힉스가 아닌 새로운 존재라면 문제는 훨씬 심각해진다. 표준 모형에서 예측되지 않은 새로운 입자가 있다는 것은 인류가 모르는 또 다른 힘과 원칙이 있다는 뜻이다. 물리학자들의 입장에서는 상대성이론이나 뉴턴의 법칙이 완벽하게 잘못됐다는 것만큼이나 충격적인 일이다. 일각에서는 이미 새로운 입자의 질량 125GeV(기가전자볼트)가 톱쿼크(178GeV)보다 낮다는 점 때문에 힉스가 아닐 가능성이 높다는 주장도 나오고 있다. ●학계, 이미 힉스 이후 준비 물리학계는 이미 LHC 이후를 준비하고 있다. 힉스의 존재가 입증되면 수십 대에 이르는 초거대 선형가속기를 건설해 힉스를 생산할 계획이다. 힉스를 대량으로 생산, 연구하면 물질의 구성이나 붕괴 과정을 면밀하게 파악할 수 있어서다. 창조라는 신의 영역에 한발 더 다가서는 셈이다. 선형가속기 유치전도 치열하다. CERN은 물론 미국, 일본, 독일 등이 관심을 보이고 있다. 선형가속기 건설에는 2조원 정도가 들지만 얻어지는 과학적 결과물은 충분히 그 이상의 가치가 있다는 평가를 받는다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

유럽입자물리연구소(CERN)가 힉스 입자로 추정되는 소립자를 확인했다는 소식이 전해진 4일 전 세계 물리학계가 “400년 만의 쾌거”라며 환호했다. 미국 미시간센터 소장인 이론물리학자 고든 케인은 “힉스 입자 확인은 아이작 뉴턴 이후 4세기 만에 이룬 과학과 인류의 경이로운 성공”이라고 평가했다. 영국 런던 임피리얼 칼리지의 물리학자인 마틴 아처는 “힉스 입자의 존재를 증명한 것은 현재 우리가 이해하는 우주의 원초적 본질에 대해 마지막 남은 부분을 찾아낸 것”이라며 “힉스 입자가 모든 것은 아니지만 우주에 대해 더욱 많은 것을 설명할 수 있다.”고 말했다. 힉스 입자는 ‘신의 입자’라고도 불린다. 그만큼 우주의 본질에 한걸음 더 다가설 수 있지만 포착하기가 어렵다는 의미를 함축하고 있다. 영국 서리대 이론물리학자인 짐 알할릴리는 “힉스 입자 발견은 ‘숫자 게임’”이라고 말한 대로 거대강입자가속기(LHC)에서의 500조번 이상의 실험과 힉스 입자 존재도 숫자로 이야기했다. 힉스 입자 존재를 규명함으로써 실생활은 어떻게 달라질까? 물리학자들은 응용 가능한 분야에 대한 언급을 피하고 있다. 인류가 힉스 입자를 통제할 수 있으면 응용 분야가 무궁무진하다는 긍정론과 실용적 용도를 의문시하는 회의론이 교차하고 있다. 특히 핵에 대한 연구가 핵의 평화적 이용과 핵무기 개발이라는 양날의 칼이 될 수 있다는 예가 있다. 힉스 입자 발견으로 인류는 우주 구성물질에 대한 새로운 통찰력을 갖게 되면서 새로운 에너지원에 접근할 수 있다는 기대를 하고 있다. 뉴욕시티 칼리지 물리학자 미치오 가쿠는 “새로운 에너지원을 갖게 될 것”이라고 말했다. 특히 빛의 속도에 버금가는 반물질 추진체를 만들어 영화 ‘스타 트렉’에서처럼 행성 간의 우주 여행이 가능해질 수도 있다는 꿈같은 이야기도 나오고 있다. 한편 힉스 입자를 발견했다는 소식에 인도는 씁쓸한 입맛을 다셔야 했다. 힉스 입자를 구상하는 데 기여한 인도의 물리학자 사티엔드라 나드 보스가 거의 주목받지 못했기 때문이다. 보통 힉스 입자로 불리는 ‘힉스 보손’이 보스의 이름을 딴 것이기도 하다는 사실을 아는 사람은 많지 않다고 월스트리트저널이 보도했다. 이기철기자 chuli@seoul.co.kr

　현대 물리학 ‘운명의 날’이 밝았다. 지난 반세기 동안 물리학자들이 추적해 온 ‘신의 입자’ 힉스의 존재 여부가 4일부터 11일까지(현지시간) 호주 멜버른에서 열리는 고에너지학회에서 발표되기 때문이다.<서울신문 6월 25일자 6면> 힉스 입자를 찾았다는 승리의 선언이 나올 것으로 전망된다. 현대물리학의 근간을 이루는 ‘표준모형’의 마지막 퍼즐이 드디어 맞춰지게 되는 것이다. 　유럽입자물리연구소(CERN)는 거대강입자가속기(LHC)에서 힉스 검출 실험을 진행해 온 ATLAS와 CMS팀이 학회 첫날인 4일 각각의 연구성과를 발표할 계획이라고 사전에 공지했다. 4일 오후에 힉스 존재 여부에 대한 최종적인 입장 표명이 예상된다. 　물리학계와 주요 외신들은 CERN이 힉스 입자 존재 가능성에 대해 ‘확실’ 또는 ‘거의 확실하다.’고 선언할 것으로 내다보고 있다. 네이처는 “CERN 핵심 관계자가 ‘우리는 의심의 여지가 없는 발견을 했다’고 말했다.”면서 “ATLAS와 CMS가 추산한 힉스 존재 가능성이 4.5~5시그마 정도로 알려지고 있다.”고 전했다. 5시그마는 힉스가 존재할 가능성이 99.99994%에 이른다는 뜻이며, 500만번에 한번 정도 오류가 발생하는 확률이다. 5시그마는 일반적으로 실험을 통한 과학적 발견이 공인받는 데 필요한 최소 요건으로, 이를 충족하면 곧 힉스가 있다는 의미로 풀이된다. 지난 2일 미국 페르미연구소가 지난해 가동을 멈춘 초대형 가속기 테바트론의 10년간 운영 데이터를 종합해 발표한 힉스 입자 존재 확률인 99.82%를 크게 뛰어넘는 쾌거다. 네이처는 “CERN의 ATLAS팀이 지난주 125Gev(기가전자볼트) 영역에서 힉스로 확실시되는 흔적을 찾아낸 것으로 보인다.”면서 “이는 힉스의 질량이 양성자의 125배 정도 된다는 뜻으로, 지난해 CERN이 발표한 115~127Gev 영역 내에 있으며, 힉스의 질량이 매우 클 것이라는 기존의 예측과도 일치한다.”고 설명했다. 　끊임없는 논란에 시달려온 CERN은 여전히 조심스러운 입장이다. CERN 대변인인 제임스 길리스는 “이번 학회에서 힉스와 관련된 내용이 발표되겠지만, LHC가 여전히 가동 중인 만큼 학문적인 차원의 최종 결론은 연말에나 가능할 것”이라고 AP통신에 밝혔다. 　CERN의 힉스 발견이 미국이 주도해 온 거대과학의 구도 재편으로 이어질 것이라는 주장도 제기된다. 과학·정보기술 전문 와이어드는 “미국이 10년 넘게 막대한 자금을 투입하고도 찾지 못한 힉스 존재 확인의 영예를 유럽이 수행하는 것은 미국의 자존심에 큰 상처를 내는 것”이라고 밝혔다. [용어설명] 힉스입자는 현대물리학은 ‘세상은 무엇으로 만들어졌을까.’라는 본질적인 질문에 1960년대부터 ‘표준모형’으로 답해 왔다. 모든 물질은 6쌍의 구성입자와 힘을 전달하는 4개의 매개입자로 구성돼 있다는 것이다. 이들 16개 입자는 이미 실험을 통해 검출됐지만, 각 입자의 성질과 질량이 어떻게 만들어졌는지는 규명되지 않았다. 1964년 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수는 “137억년 전으로 추정되는 ‘빅뱅’ 직후 이들 입자들에 질량과 성질을 부여한 또 다른 무거운 입자가 있었다.”는 가설을 제시했고, 고 이휘소 박사가 그의 이름을 따 ‘힉스’로 명명했다. ‘신의 입자’ ‘창조의 천사’라는 별칭으로도 불리는 힉스가 발견되면 최종적으로 표준모형은 17개의 입자로 완성되지만, 힉스가 없는 것으로 입증되면 물리학계는 새로운 이론을 찾아야 하는 과제를 떠안게 된다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

세상에 존재하는 모든 물질에 질량을 부여한 신의 입자 ‘힉스’를 찾기 위해 과학자들이 진행해 온 ‘사상 최대의 실험’이 막바지에 접어들었다. 다음 달 4일이면 현대 물리학의 근본을 이루는 ‘표준 모형’의 마지막 퍼즐에 대한 진실이 밝혀질 것으로 보인다. 만약 힉스가 존재하지 않는 것으로 확인되면 기존 물리학 이론은 전면 재검토돼야 한다. ●유럽입자물리연구소 “검출 실험결과 발표” 유럽입자물리연구소(CERN)에서 힉스 규명에 참여하고 있는 한 관계자는 24일 서울신문과의 전화통화에서 “거대 강입자가속기(LHC)에서 힉스 검출 실험을 진행하고 있는 ATLAS와 CMS팀이 최근 몇 달간의 실험에서 결과물을 얻어 낸 것으로 보인다.”면서 “다음 달 4일 스위스 제네바에서 열리는 세계 고에너지학회에서 관련 내용이 발표될 것”이라고 밝혔다. 현재 CERN은 관계자들에게 실험과 관련된 내용을 발설하지 말라는 ‘함구령’을 내린 상태다. 이 관계자는 “최근 OPERA팀이 진행한 ‘빛보다 빠른 중성미자’ 발표가 실험 오류로 밝혀지면서 CERN이 외부와의 의사소통에 민감하게 반응하고 있다.”고 덧붙였다. CERN도 22일(현지시간) 공식 발표를 통해 “다음 달 학회에서 힉스와 관련된 새로운 사실을 발표할 것”이라고 확인했다. 힉스는 137억년 전으로 추정되는 ‘빅뱅’ 발생 직후 모든 물질을 구성하는 6쌍의 구성 입자와 힘을 전달하는 4개 매개 입자들에 각각의 질량과 성질을 부여한 것으로 알려져 ‘신의 입자’, ‘창조의 천사’ 등으로 불린다. 1964년 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수가 존재를 처음 주장한 점에 착안, 고 이휘소 박사가 힉스로 이름 지었으며, 현대 물리학의 토대를 이루는 ‘표준모형’에서 유일하게 아직까지 발견되지 않고 있다. 과학자들은 2008년 50억 달러를 들여 스위스와 프랑스 국경에 LHC를 세워 힉스를 찾기 위한 실험을 진행해 왔다. ●존재 않을 땐 기존 물리학 이론 전면 재검토돼야 CERN은 지난해 12월 CMS와 ATLAS팀의 결과 발표를 통해 “힉스가 존재할 것으로 추정되는 에너지 영역 중 122~127GeV(기가전자볼트)를 제외한 모든 영역을 검토했으며, 마지막 영역에 힉스가 있을 가능성이 높다.”면서 “2012년 상반기 추가실험을 통해 힉스의 존재 유무를 결론 지을 수 있을 것”이라고 밝혔었다. CERN은 4월 초부터 LHC의 충돌에너지를 기존의 7TeV(테라전자볼트)에서 8Tev로 높여 실험을 진행해 왔다. 충돌에너지가 커지면 힉스 발생 가능성이 높아진다. 다음 달 고에너지학회에서 CERN은 이 에너지 구간에 힉스가 있는지에 대한 결론을 발표할 것으로 보인다. 이 구간에 힉스가 없다면 물리학자들의 모든 예상이 빗나가는 것으로, 물리학계는 기존 이론을 전면 재검토해야 한다. 뉴욕타임스, AFP통신 등 외신들도 CERN의 발표에 주목하고 있다. 로스앤젤레스타임스는 “이번이 사실상 힉스와 관련된 마지막 발표가 될 것”이라며 “지난 반세기 동안 가장 큰 물리학적 성과가 곧 공개될 것으로 보인다.”고 전했다. 반면 가디언은 “CERN은 마치 루머 공장과 같다.”면서 “정확한 결과물이 아니고 또 다른 가능성을 내놓을 경우 CERN은 철저히 외면받을 것”이라고 지적했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

‘현대 물리학의 진리’인 알베르트 아인슈타인의 특수상대성 원리에 도전했던 일단의 물리학자들이 있었다. 머릿속에서 모든 것을 풀어 갔던 아인슈타인의 시대에는 상상조차 할 수 없었던 고가의 최첨단 장비로 무장한 이들의 도전은 지난해 물리학계의 근간을 흔들었고, 성공의 9부 능선을 넘은 것처럼 보였다. 하지만 반란은 결국 실패로 돌아간 것으로 보인다. ‘빛보다 빠른 물질은 없다’는 교과서 문구를 바꿀 수 있었던 유럽입자물리연구소(CERN) 연구팀의 실험 결과는 결국 사소한 실수에서 빚어진 ‘오해’이자 ‘해프닝’으로 막을 내리고 있다. BBC 등 외신들은 CERN을 비롯한 전 세계 연구진으로 구성된 중성미자(뉴트리노) 추적팀 오페라(OPERA)가 지난해 발표했던 “중성미자가 빛보다 빠르다.”는 연구 결과를 오는 8일 일본 교토에서 열리는 뉴트리노·우주물리 국제학회에서 정식 철회할 것이라고 전했다. 중성미자는 현대 물리학에서 만물을 구성하는 물질을 나타내는 표준 모형에서 가벼운 입자에 속하는 물질로, 질량이 거의 없으며 일반 원자와 상호작용을 하지 않아 어느 곳에서나 진공 상태처럼 저항 없이 움직이는 것으로 알려져 있다. 오페라 연구팀은 스위스 제네바의 CERN에서 732㎞ 떨어진 이탈리아 그란사소까지 중성미자를 보내는 실험을 3년간 진행했으며, 중성미자가 빛보다 60나노초 빠르게 목적지에 도착한다는 연구 결과를 지난해 발표했다. 전 세계 물리학계와 언론은 충격에 빠졌다. ‘빛보다 빠른 물질은 없다’는 아인슈타인의 전제가 틀릴 경우 현대 물리학은 잘못된 가설 위에 세워져 있는 셈이 되기 때문이다. 당시 오페라 측은 논문을 공개하기에 앞서 모든 참여자들에게 자발적인 서명을 유도했다. 발표 이후의 파장을 고려한 조치였다. 실험 결과를 인정할 수 없다는 일부 연구진은 논문에서 빠졌다. 오페라의 발표는 화제를 모았지만 긍정보다는 비판이 압도적으로 많았다. 자신이 배워 온 물리학이 틀리지 않았다는 것을 입증하려는 전 세계 물리학자들이 필사적으로 실험의 오류를 찾기 위해 나섰다. 오페라 연구진은 실험 오류 가능성을 반박하기 위해 지난해 11월 다시 실험을 했으나 결과는 같았다. 물리학계는 이후 실험 장치의 설계가 잘못됐거나 기기상의 문제는 없었는지를 살피기 시작했다. 그리고 지난 2월 연구진은 장치 오류 가능성을 찾아냈다. 케이블과 검출기의 컴퓨터가 느슨하게 연결되면서 이동하는 중성미자의 위치와 시간을 재는 GPS 광신호가 수십 나노초 지연될 수 있다는 것이다. 이 경우 중성미자의 속도는 진짜 속도보다 느리게 측정돼야 한다. 반년여에 걸친 아인슈타인에 대한 의심이 풀리는 순간이었다. 물리학자들이 중성미자의 속도를 잰 것은 이번이 처음은 아니다. 미국 페르미연구소나 일본의 슈퍼카미오칸데에서도 중성미자의 속도를 측정하려는 시도가 있었고, 일부에서는 중성미자의 속도가 빛보다 빠른 것으로 나타나기도 했지만 최종적으로는 오차범위 내이거나 실험 오류로 판명됐다. 지난 3월 말 오페라 실험 대변인을 맡고 있던 안토니오 에레디타토 스위스 베른대 교수와 물리분과장 다리오 오티에로 프랑스 리옹대 교수가 사임했다. 실험에 대한 책임을 지기보다는 쏟아지는 물리학계의 비난에 대한 부담 때문으로 알려졌다. 5월 오페라 연구진은 실험장치 오류를 보완해 재실험을 실시했고, 그 결과는 기존 실험과 달랐다. 빛과 중성미자의 빠르기에서 명확한 차이를 발견하는 데 실패했다. 그렇다고 해서 오페라 연구진의 실험이 아무런 의미가 없었던 것은 아니다. 물리학 중에서도 ‘절대 진리’로 여겨졌던 이 분야는 반세기 넘게 학문적 발전이나 토론이 없는 ‘죽은 분야’였다. 감히 아인슈타인에게 도전한다는 것을 상상할 수 없었기 때문이다. 하지만 이번 실험 결과를 두고 전 세계에서 수백 건 이상의 논문이 발표되고, 활발한 토론회와 세미나가 이어졌다. 이런 도전들이 계속된다면 언제가 아인슈타인이 ‘현재를 지배하는 과학자’가 아닌 ‘과거의 과학자’가 되는 날이 올지도 모른다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

이명박 정부의 핵심 공약이었던 국제과학비즈니스벨트는 2005년 과학자들이 구상한 ‘은하도시’에서 출발했다. 은하도시는 전 세계 과학자들이 함께 연구할 수 있는 과학중심도시의 이상적인 모델이었고, 그 중심에는 대형 가속기가 있었다. 현재 설계가 진행 중인 중이온가속기는 2017년 세종시 일대에 완공될 예정이다. 그러나 구축에만 5000여억원이 소요되고, 함께 추진되고 있는 포항 방사광가속기와 경주 양성자가속기를 합치면 국내 가속기 건설 비용만 1조 4000억원에 이른다. 한국 과학계가 감당하기에는 지나치게 규모가 큰 만큼 관련 예산을 다른 분야에 분산 투자해야 한다거나 가속기 구축 기술이나 전문 운영인력이 부족해 기대효과를 거두기 어려울 것이라는 지적이 제기되고 있다. 서울신문은 이 문제의 해법을 찾기 위해 국가과학기술위원회와 함께 ‘가속기의 미래를 말한다’라는 주제로 29일 국립중앙박물관 대강당에서 ‘과학기술 100분 토론회’를 개최했다. ■ 좌장: 염재호 고려대 행정학과 교수(국가과학기술위원회 위원) ■ 토론자: 현택환 서울대 중견석좌교수, 김대형 서울대 교수, 노도영 광주과학기술원 교수, 최선호 서울대 교수 ① 가속기가 필요한가 염재호(이하 염)=한국은 국내총생산(GDP) 대비 연구개발투자 총액 비율이 경제협력개발기구(OECD) 국가 중 3위에 이르는 세계적인 연구개발(R&D) 투자국이다. 정부는 선도형 R&D를 이끌 수 있다며 가속기 설치에 박차를 가하고 있지만 논란이 많다. 이 자리가 문제와 해결책을 기탄없이 말하는 기회가 됐으면 한다. 먼저 가속기에 대한 참석자들의 생각부터 듣자. 김대형(이하 김)=가속기가 노벨상을 받게 할 수도 있고, 성과가 기대가 되는 것도 사실이다. 하지만 언제, 어떤 속도로 하느냐가 문제다. 공학과 의약학 등도 함께 투자되고 균형 있게 발전시켜야 하는데 가속기는 이런 균형을 무너뜨린다. 최선호(이하 최)=한국에 있는 대형 연구용 가속기는 3개다. 한국 경제구조를 놓고 보면 우리는 가속기 빈곤국이다. 미국과 일본은 1930년대 가속기를 만들어 과학 강국이 됐다. 한국이 가속기 투자에 나선 것은 늦은 일이다. 국가 차원에서 과학을 키워야 한다면 반드시 투자해야 한다. 노도영(이하 노)=물리학자의 가장 큰 관심은 자연을 보는 관점이나 이해하는 도구를 제시하는 것이다. 가속기는 중요한 도구이자 인프라다. 그 도구를 활용해 어떤 연구를 할 수 있느냐가 관건이다. 결국 가속기가 있으면 더 많은 일을 할 수 있다. 염=정책 입안자나 시민의 입장에서 보면 현재 구축 중인 가속기의 총비용은 1조 4000억원에 이른다. 소수의 과학자들을 위해 지나친 예산이 투입되는 것 아니냐는 말이 나올 수밖에 없다. 유럽입자물리연구소(CERN) 역시 한 군데서 할 수 없으니 모여서 하는 것 아니냐. 노=물론 가속기가 만병통치약은 아니나 선도형 연구의 핵심인 것은 분명하다. 정보기술(IT)이나 바이오기술(BT)을 연구하는 데, 또 새로운 물질을 만드는 데 가속기가 핵심이다. 가속기가 일부 과학자들을 위한 것만은 아니다. 포항 가속기도 연인원 3000명이 사용한다. 운영을 할 능력이 되느냐의 관점에서 보자. 염=어차피 나눠 쓸 수 있다면 해외의 더 좋은 가속기를 함께 쓸 수도 있지 않나. 꼭 우리가 설치해야 하나. 노=현재 필요의 70~80%를 국내에서 소화한다. 그 이상 필요할 때만 해외로 간다. 현재 우리의 능력이나 필요성을 보면 국내 비중을 더욱 높여야 한다. 염=가속기를 핵심 시설로 여기지 않는 과학자들은 어떨까. BK21에서 1년에 지원되는 학생 인건비를 모두 합쳐도 2500억원 수준이다. BK21에서 수많은 논문들이 나오는데, 이에 비해 가속기 투자가 과하다고 생각할 수밖에 없다. 현택환(이하 현)=가속기 하나 만드는 데 5000억원 정도 들어간다. 또 매년 10% 이상이 운영비로 들어간다. 계획대로라면 매년 유지비가 보수적으로 잡아도 2500억원이 든다. 교과부가 지원하는 창의연구단들이 기초과학 연구 수준을 획기적으로 높였는데, 45개 연구단이 평균 연간 6억원을 연구비로 쓴다. 가속기 비용이 지나치고, 이는 우리 과학계가 감당해야 하는 부메랑이 될 것이라는 얘기다. 김=한국이 과학 선진국이라지만 신진 연구자들의 연구 조건은 열악하다. 샘플이나 시료를 살 돈조차 없다. 신진 과학자를 키우는 것과 가속기를 당장 여러 개 동시에 건설하는 것 중 무엇이 우선인지 묻고 싶다. 최=과거 우리는 모두 해외 가속기를 사용했다. 이제는 그들이 한국에 요구하고 있고, 우리도 책임질 부분이 있다. 무엇보다 세종시에 건설될 대형 중이온가속기는 일본에만 있다. 미국이나 유럽 과학자들도 우리 가속기를 필요로 하게 된다는 말이다. 선진국과 대등한 단계에서 뛰어들어 결과를 낼 수 있는 마지막 기회다. 노=가속기는 수명을 30년 정도로 본다. 가속기 하나에 500억원 정도 투입되는데, 이는 출연연 한 곳 운영비에도 못 미친다. 가속기가 주는 결과나 혜택을 보면 비용에 대해 오해가 있다. ② 가속기 추진 논란 염=가속기 논란의 또 다른 문제는 여러 개가 한꺼번에 진행된다는 점이다. 결국 전문가들이 살펴보고 대형 과학에 투자해야 하는데, 국토 균형발전이나 정치적 이슈들이 논의를 끌어가고 있다. 그래서 비판이 터져 나온다. 지역 선정, 가속기 중복투자 같은 문제는 어떻게 풀어야 할까. 현=과학의 문제는 1차적인 논의와 제안이 과학자에 의해 이뤄져야 한다. 과학적인 문제들이 정치적으로 풀리니 과학자들이 끌려가는 상황이 될 수밖에 없다. 천문학적 비용이 들어가는 가속기 설치에 대해 충분한 논의가 있었다고 볼 수 없다. 논의 자체가 과학계를 뛰어넘어 진행됐다. 지역 논리 등이 개입돼 과학자들이 관여할 수 없는 차원에서 결정됐다. 노=결국 논의를 언제 시작하느냐가 관건이다. 동시다발적으로 가속기 설치가 추진된다는 것은 로드맵이 없다는 뜻이다. 포항 가속기 수명이 10년 정도 남았는데, 그렇다면 지금 논의를 시작해야 나중에 생길 문제를 막을 수 있다. 균형발전 등의 문제는 지형이나 연구여건 등이 동일하다는 가정하에 고려할 수 있는 사항이다. 그런데 지금은 장소를 정하고 나서 무엇을 지을지를 결정하는 구조다. 완전히 거꾸로다. 김=가속기 같은 대형 연구시설 로드맵은 바뀌지 않아야 한다. 충분한 논의를 거쳐 정책을 만들면 원칙을 흔들지 않는 선에서 상황에 따라 수정 정도가 가해지는 것이 좋다. 그런 원칙이 없으니 문제가 불거지는 것 아니냐. 최=사실 이번 논란은 국내에서 가속기를 두고 벌어진 첫 사례다. 이번 일을 계기로 충분히 의논하고 룰을 만든다면 다음 대형 사업의 좋은 선례가 될 것이다. ③ 가속기 활용방안 염=운영 인력, 운영 노하우 등도 문제다. 과연 만들면 끝인가. 결국 활용의 문제인데, 충분히 활용이 가능할까. 최=별 생각이 없다면 활용도 어렵다. 일본의 한 지역에서 가속기를 설치했지만 비슷한 가속기가 많아 결국 고철 덩어리가 되고 말았다. 가속기를 만들 때는 특화가 중요하다. 다행히 우리 중이온가속기는 한국에서 할 수 있는 연구를 목표로 설계하고 있다. 이는 해외 과학자들을 불러 모으는 데도 중요한 포인트다. 김=인력 양성이 중요하다. 구축과 인력 양성이 동시에 이뤄지지 않으면 효율성이 크게 떨어질 수밖에 없다. 노=우리는 포항 가속기를 통해 상당 수준의 운영 능력과 시설 유지보수 능력을 갖췄다. 결국 운영자와 연구진이 유기적으로 연결돼야 시너지 효과를 볼 수 있다. 가속기 투자가 과하다지만 실제로 가 보면 숙소조차 없다. 이런 세세한 문제까지 다 해결해야 장기적으로 성공이 가능하다. 정리 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

가속기는 지금까지 노벨 물리학상을 수상한 101명의 학자 가운데 20%가 넘는 23명의 수상자를 탄생시켰다. ‘노벨상의 산실’이라고 해도 지나치지 않다. 양성자, 전자, 이온 등의 전기를 띤 입자를 강력한 전기장을 사용해 초속 30만㎞에 이르는 빛의 속도에 가깝게 높여 충돌시키는 장비인 가속기는 원자핵이나 소립자 같은 입자의 내부 구조를 밝히고 입자를 가속해 충돌시키는 과정에서 나타나는 반응을 통해 미시세계의 물리법칙을 규명하는 데 쓰인다. 가속시키는 입자의 종류에 따라 ‘전자(방사광) 가속기’, ‘중이온 가속기’ 및 ‘양성자 가속기’로 구분한다. 현재 국내에서는 포스텍 내의 포항가속기연구소에서 방사광가속기를 가동 중이며, 경주에는 미국·일본에 이어 세계 세 번째로 개발한 대용량 양성자가속기를 설치하기 위한 사업이 진행 중이다. 2017년까지 국제과학비즈니스벨트에 들어설 예정인 중이온 가속기는 양성자보다 무거운 입자를 가속시켜 주기율표에 이름을 올릴 새로운 원소를 발견하는 데 활용될 계획이다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)는 지름 8㎞, 둘레 27㎞에 이르는 세계 최대 입자가속기다. ‘인류 최대의 과학실험’이라는 칭호에 걸맞게 약 95억 달러의 예산이 투입된 LHC의 임무는 우주 탄생의 기원을 밝혀줄 ‘신의 입자’ 힉스를 찾아내는 것이다. 물질이 질량을 가질 수 있게 해주는 힉스는 138억년 전 빅뱅 때 만들어졌다가 자취를 감춘 것으로 추정된다. 우주 만물을 구성하는 입자들에 각기 다른 질량과 역할을 부여한 것으로 추정되는 이 힉스를 찾아내면 우주의 기원과 현상을 설명하는 ‘표준 모형’이 옳다는 것을 입증할 수 있다. 힉스 입자를 찾기 위해 CERN은 LHC를 통해 빅뱅 직후의 우주 모습을 초미니로 재현하는 실험을 계속하고 있다. CERN은 올해 추가적인 실험을 통해 데이터의 정당성을 입증할 수 있는 가능성을 99.99994%까지 끌어올릴 계획이다. 윤샘이나기자 sam@seoul.co.kr

중성미립자(뉴트리노)와 빛의 속도는 어떤 것이 더 빠를까. 작년 9월 유럽입자물리연구소(CERN) 산하 중성미립자 추적팀 오페라가 실험에서 땅속 중성미자 이동속도가 빛보다 빠르다고 발표한 이후 물리학계는 아인슈타인의 특수상대성 이론이 깨진 것이냐 아니냐을 놓고 큰 논란에 휩싸여왔다. 결국 오페라팀이 측정에 오류 가능성을 인정하고 올해 재실험을 하기고 해 논란이 잠시 잠복돼있는 상태다. 이런 상황에서 1984년 노벨상 수상자인 이탈리아의 카를로 루비아가 이끄는 이카루스 연구팀이 중성미립자의 속도가 빛보다 빠르지 않다는 연구결과를 내놓았다고 사이언스 데일리가 최근 보도했다. 루비아팀은 스위스에 있는 CERN 실험실에서 발사한 뉴트리온을 이탈리아 그란 사소에서 감지장치를 통해 포착하는 방식으로 오페라팀의 발표를 반박하는 새 연구결과를 내놓아 비상한 관심을 끌고있다. 루비아는 “이카루스의 연구는 작년 오페라와는 사뭇 다른 결과로 크로스 체크의 중요성을 시사했다”고 밝혔다. 사진= 사이언스 데일리 캡처 인터넷 뉴스팀

역시 아인슈타인의 승리? 지난 해 9월 유럽입자물리연구소(이하 CERN)가 “빛보다 빠른 물질이 있다.”며 아인슈타인의 특수상대성이론이 틀렸다는 주장을 제기해 물리학계를 놀라게 한 바 있다. 하지만 당시 연구를 진행한 CERN의 연구팀이 최근 미국 과학전문지 사이언스에 “CERN의 실험 결과가 위성항법장치(GPS)와 메인 컴퓨터 간의 연결에 문제가 있는 상태에서 도출된 것이며, 재검토가 필요하다.”는 글을 올리면서 또 한 차례 파장이 일고 있다. 결과적으로 빛보다 빠른 물질은 ‘아직’ 없다고 인정했으며, 이는 아인슈타인의 이론이 여전히 틀리지 않았다는 근거로 해석되기 때문이다. CERN은 지난 해 프랑스와 스위스 국경지대에 있는 실험실에서 732㎞ 떨어진 이탈리아의 실험실로 중성미립자를 발사했으며, 이 중성미립자가 빛보다 60나노초(0.00000006초) 빨리 도착했다고 밝힌 바 있다. 일명 ‘오페라 프로젝트’라는 이 실험으로 100년이 넘게 지속돼 온 물리학의 근간을 뒤흔드는 결과가 나타나자 물리학계는 동요를 감추지 못했다. 일반인들은 빛의 속도를 넘어서 시간여행이 가능한 타임머신이 실제로 등장하는 것이 아니냐는 기대를 품기도 했다. 이 실험에는 중성미립자의 이동시간을 측정하는 GPS수신기가 사용됐는데, 연구팀은 이 수신기의 광섬유 케이블과 컴퓨터의 연결선에 문제가 있었던 것으로 밝혀졌다고 설명했다. 한편 CERN측은 MSNBC와 한 인터뷰에서 “실험과 관련된 조사가 진행 중이지만 아직 확인단계일 뿐”이라면서 말을 아끼고 있다. 송혜민기자 huimin0217@seoul.co.kr

지난해 9월 ‘빛보다 빠른’ 중성미자(뉴트리노)의 운동이 관측됐다는 유럽입자물리연구소(CERN) 발표가 관측장비의 케이블 결함 때문이었을 가능성이 제기됐다. CERN 측은 이 같은 가능성을 시인, 23일(현지시간) 이에 관한 성명을 발표할 예정이라고 로이터와 MSNBC 등이 22일 보도했다. 지난해 CERN의 발표는 기존의 아인슈타인의 상대성 이론을 뒤집는 것이어서 지구촌을 빛보다 빠르게 강타하며 물리학계에 충격을 줬다. 빛보다 빠른 입자의 운동을 관측한 OPERA 연구팀은 장비에서 두 가지 결함 가능성을 발견했다. 하나는 GPS 타임스탬프(time stamp)를 실험장비의 주 시계로 보내는 광섬유 연결장치가 정확하게 작동하지 않아 기록된 시간이 실제보다 짧았을 가능성이고, 또 하나는 GPS 동기화(同期化)를 위해 타임스탬프를 생성시키는 데 사용된 오실레이터(발진기)에 문제가 있어 실제보다 더 길게 나타났을 가능성이다. OPERA 팀은 지난해 프랑스-스위스 국경 지대에 있는 CERN 입자물리학 실험실에서 732㎞ 떨어진 이탈리아 그란사소 국립실험실까지 땅 속으로 중성미자를 보내는 실험에서 중성미자가 빛보다 60나노초(0.00000006초) 빠른 것으로 나타났다고 발표했다. 이기철기자 chuli@seoul.co.kr

한국·미국·유럽연합(EU) 등 7개국이 석유와 원자력을 대체하는 미래 에너지를 개발하기 위해 추진해 온 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업이 벽에 부딪혔다. 건설비가 7조원에서 11조원으로 늘어나 참가국들의 부담이 가중된 상황에서 미국이 예산 확보에 실패했다. 이에 따라 사업 일정에 차질이 불가피해졌다. 교육과학기술부 고위관계자는 16일 “존 홀드런 백악관 과학기술정책실장이 지난주 이주호 장관에게 전화, 미국의 ITER 사업 예산에 문제가 생겼다고 알려왔다.”면서 “전액 삭감인지, 일부 삭감인지는 알 수 없다.”고 밝혔다. 지난 1988년 시작된 ITER 사업은 태양에너지의 발생 원리인 핵융합 반응을 통해 전기를 생산하는 핵융합 발전의 실증 작업이다. 일본·러시아·중국·인도 등도 참여하고 있다. EU가 전체 사업비의 45.46%를, 나머지 국가들이 9.09%를 분담할 계획이었다. 프랑스 카다라슈에 ITER를 짓는 1단계 건설사업에만 11조원, 이후 2042년까지 운영·감쇄·해체에 10조원 이상이 투입될 예정이다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)를 뛰어넘는 최대의 과학 프로젝트다. 그러나 ITER는 각국의 예산확보와 비준, 기술개발 지체 등으로 논란을 빚어왔던 터다. 당초 2015년 완공도 2019년으로 미뤄진 상태다. 국제협약과 비준으로 진행되는 사업인 만큼 미국의 예산 확보 실패가 곧바로 사업 중지나 무산을 의미하는 것은 아니다. 정기정 ITER한국사업단장은 “6월 ITER 이사회에서 논의가 이뤄질 것”이라면서 “다른 국가의 만장일치 동의가 없으면 미국의 분담금 축소는 불가능하다.”고 강조했다. 이어 “최악의 경우 참여를 중단해도 약속한 분담금은 다 내야 한다.”고 말했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

“기초과학연구원에 설치될 가속기를 두고 많은 말이 나오고 있다는 것을 알고 있습니다. 하지만 가속기에 대한 개념이나 포지셔닝은 잘된 것으로 보입니다. 현시점에서 노벨상을 받을 과학자를 키우겠다는 가장 핵심적인 목표에도 적합합니다. 다만 운용할 인력에 대해서는 더 많은 고민이 필요합니다.” 주경선(49) 미국 코네티컷주립대 물리학과 교수는 12일(현지시간) 보스턴에서 가진 인터뷰에서 한국형 중이온가속기 ‘KoRIA’의 가능성을 높이 평가했다. 서울대 물리학과를 졸업하고 매사추세츠공과대(MIT)에서 물리학 박사학위를 받은 주 교수는 미 국립 토머스제퍼슨 가속기단에서 연구했고, 현재 미국립과학재단(NSF) 핵물리학 프로그램 책임자를 맡고 있다. 국제과학비즈니스벨트의 최초 구상 단계에서부터 핵심시설로 거론돼 온 KoRIA는 2017년까지 4560억원이 투입돼 대전 신동지구에 설치될 예정이다. 주 교수는 KoRIA를 골프의 ‘7번 아이언’에 비유했다. 그는 “현재 전 세계적으로 화제를 모으고 있는 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)나 미 페르미연구소의 테바트론 같은 경우는 드라이버에 해당한다.”면서 “이들은 우주의 탄생을 살피기 위해 입자 단위의 극미세 영역에 초점을 맞춰 설계한 것이다.”라고 설명했다. 이어 “이 때문에 별처럼 우주 탄생 이후에 이뤄졌고, 좀 더 거시적인 영역의 문제들에 대해서는 오히려 적절한 연구 수단이 부족한 상황”이라며 “KoRIA는 핵이나 원자처럼 비교적 포괄적으로 물질을 바라볼 수 있는 기회를 제공하게 될 것으로 본다.”고 강조했다. 현재 LHC 등 초거대 가속기가 탐구하는 영역은 이미 이론적으로 주장한 사람들이 있고 이를 검증하는 수준인 만큼 이 영역에 한국이 뛰어드는 것은 큰 의미가 없다는 것이다. 대신 KoRIA가 타깃으로 삼은 연구 영역은 상대적으로 소외돼 온 부분이어서 새로운 발견의 여지가 많다고 주 교수는 설명했다. 주 교수는 “새롭고 혁신적인 발견이 노벨상을 받을 수 있는 기준이라면 최소한 한국의 물리학에서는 KoRIA보다 나은 수단을 찾기 힘들다.”고 잘라 말했다. 향후 중점을 둬야 할 과제로는 가속기를 운용할 전문 인력 확보를 꼽았다. 수백명에 달하는 고도로 숙련된 전문 인력이 있어야 가속기를 통한 원활한 실험이 가능하기 때문이다. 주 교수는 “전 세계적으로 어떤 가속기든 한번 사용하기 위해서는 오랜 시간을 기다려야 하는 상황을 적극적으로 활용해 해외 우수 인력을 유치하고 KoRIA를 홍보해야 한다.”고 조언했다. 보스턴 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

기초적인 원리는 더 이상 연구할 것이 없다며 ‘죽은 학문’으로 취급받던 물리학이 새로운 혁명기에 접어들고 있다. 현대물리학의 절대 진리인 알베르트 아인슈타인(1879~1955)의 ‘특수상대성이론’과 베르너 하이젠베르크(1901~1976)의 ‘불확정성 원리’가 동시에 의심받고 있다. 천재들의 머릿속에서 만들어진 이론이 ‘실험실의 기계’를 앞세운 학자들에게 도전받는 형국이다. 두 이론의 오류가 사실이라면 20세기 이후 생성된 대부분의 물리학 이론과 가설은 정도에 상관없이 원초적으로 오류를 가질 수밖에 없다. ●獨·日 연구진 “양자역학의 뿌리 결함 발견” 과학저널 ‘네이처 피직스’ 최신호는 오스트리아 빈 공업대와 일본 나고야대 공동연구진의 연구결과를 실었다. 특정 조건에서 입자들의 위치와 속도를 불확정성 원리의 오차범위 이내로 측정해냈다는 연구 내용은 물리학계에 엄청난 파장을 일으켰다. 1927년 하이젠베르크가 발표한 불확정성 원리는 아이작 뉴턴으로 대표되는 고전물리학이 미시적인 세계에서는 맞지 않는다는 점을 담고 있다. 언제 어느 상황에나 동일한 ‘계산과 결과’가 가능하다고 여겼던 과학계의 고정관념이 눈에 보이지 않는 세계에서는 적용되지 않는다는 논리다. 이 이론은 물질이 한 상태가 아니라 여러 상태로 동시에 존재할 수 있다는 ‘양자역학’의 핵심 원리가 됐다. 김재완 고등과학원 교수는 “이전에는 항상 결론이 하나였다면 조건에 따라 결과를 다르게 해석할 수 있다는 것”이라며 “개념의 확장이자 기존 한계를 뛰어넘었다는 의미”라고 설명했다. 불확정성 원리는 화학·화학공학·재료공학·나노과학 등에서도 핵심 이론이다. ●CERN “빛보다 빠른 물질 존재… 바로 중성미자” 지구나 우주와 같은 거시세계를 지배해온 아인슈타인의 특수상대성이론 역시 불확정성 원리와 같은 처지다. 유럽입자물리연구소(CERN) 과학자들은 지난해 9월 “소립자인 중성미자의 속도가 빛보다 빠르다는 측정결과를 얻었다.”고 발표했다. “빛보다 빠른 물질이 없다.”는 특수상대성이론이 틀렸다는 것이다. 현대물리학은 아인슈타인의 주장이 옳다고 전제한 뒤 쓰여졌다. 이 때문에 세계 각국에서는 CERN의 실험에 대한 검증이 한창이다. 물리학자들은 아직까지 두 이론의 오류를 인정하지 않는 분위기다. 양쪽 연구팀 모두 실험을 통해 결과를 내놓은 만큼 실험오류 가능성이 높다는 주장이다. 김정욱 고등과학원 초대 원장은 “CERN의 연구결과는 이전에 비슷한 종류의 실험과 결과가 다른 것”이라며 “대부분의 물리학자들이 100% 신뢰할 수 없다고 보고 있다.”고 밝혔다. ●“사실이라면 지동설에 비견될 만한 혁명” 그러나 두 이론의 오류가 사실로 드러날 경우 물리학의 지각변동은 불가피하다. 김수봉 서울대 물리천문학부 교수는 “사실이라면 천동설에서 지동설로 패러다임이 전환되는 것과 비견될 만한 사건”이라며 “교과서의 일부분을 고치고 추가하는 문제가 아니라 아예 처음부터 새로 써야 하는 상황이 될 것”이라고 밝혔다. 이어 “사안 자체가 워낙 중요한 문제라 섣불리 나서는 학자는 없지만, 과학은 하나라도 틀리면 틀린 것이라는 점이 중요하다.”고 강조했다. 박건형·윤샘이나기자 kitsch@seoul.co.kr