2011년이 저물고 있다. 전 세계 언론들이 앞다퉈 ‘올해의 사건’, ‘올해의 사진’을 선정해 발표하고 있다. 과학계도 예외가 아니다. 수천년을 이어온 과학의 역사에서 고작 1년은 뚜렷한 변화를 느끼기에 너무나 짧은 시간이지만, 2011년은 여러 가지로 역사에 기록될 만한 일들이 유난히 많았다. 꼭 기억해 둬야 할 ‘2011년 올해의 과학’을 5개의 키워드로 정리했다. 1. 올해의 말 스티븐 호킹 “천국은 동화다” 과학자가 ‘연구’가 아닌 ‘발언’으로 주목받기란 쉬운 일이 아니다. 하지만 가끔은 누구의 말이냐에 따라 엄청난 파장을 몰고 오기도 한다. 자타가 공인하는 최고의 물리학자 스티븐 호킹 케임브리지대 명예교수는 지난 5월 가디언과의 인터뷰에서 인류의 오랜 믿음에 배치되는 발언을 했다. “사후 세계가 우리를 기다리고 있다는 믿음은 죽음을 두려워하는 사람들이 만들어 낸 동화일 뿐”이라고 말이다. 호킹 교수가 ‘무신론’을 주장한 것이 처음은 아니다. 이미 지난해 저서 ‘위대한 설계’에서 “신이 우주를 창조하지 않았다.”고 강조한 바 있다. 그러나 올해는 강도가 훨씬 높아졌다. 호킹 교수는 “마지막 순간 뇌가 깜빡거림을 멈추고 나면, 그 이후엔 아무것도 없다.”면서 “뇌는 부속품이 고장나면 멈추는 컴퓨터이며, 고장난 컴퓨터를 위해 마련된 천국이나 사후세계는 없다.”고 말했다. 그렇다면 우리는 어디에서 왔을까. 호킹 교수는 ‘과학’이라고 선언했다. “과학은 우주가 무에서 창조됐다는 것을 설명하며, 우주는 과학에 의해 지배받는다.”는 것이 인생의 황혼에 접어든 노과학자의 결론이다. 2. 올해의 사건 후쿠시마 방사능 유출 공포 3월 동일본 대지진이 쓰나미로 이어졌을 때 모두들 범람하는 바다와 쓸려가는 집에만 관심을 가졌다. 하지만 곧이어 실체를 드러내기 시작한 후쿠시마 원자력발전소 사고는 자연과 과학이 합작한 최악의 사고로 역사에 기록될 전망이다. 지진으로 인한 발전소 설비의 손실과 비상 전원의 단절은 냉각시스템을 마비시켰고, 이는 노심 융해와 방사능 유출의 직접적인 원인이 됐다. 원전 주변 20㎞는 죽음의 땅으로 변했고, 일본 전역은 아직까지 방사능 유출의 공포에서 자유롭지 못하다. 대기로 누출된 방사성물질의 양은 37경 베크렐 이상으로 추산되며, 이는 원전 사고 최고등급인 7등급에 해당한다. 사고 당시와 이후 수습과정을 통틀어 최소한 840명의 원전 관계자들이 공식적으로 실종 상태다. 3. 올해의 실험 아직끝나지 않은 ‘힉스 찾기’ 11월 말부터 12월 중순까지 주요 언론과 소셜네트워크서비스(SNS)는 ‘힉스’로 뜨겁게 달아올랐다. 우주 탄생의 기원을 찾겠다는 과학자들의 오랜 꿈이 마침내 모습을 드러낼 것이라는 기대감은 꼬리에 꼬리를 물고 확산됐다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)에 투입된 예산은 100억 달러. ‘인류 역사상 최대의 과학실험’이라는 호칭에 걸맞은 관심이었다. CERN은 지난 13일 공개세미나와 공식 기자회견을 열고 모두의 궁금증에 답했다. 하지만 기대와는 달리 우주를 구성하고 있는 입자들에 ‘질량’을 부여한 ‘신의 입자’ 힉스는 결국 모습을 드러내지 않았다. 다만 ‘가능성’이라는 말이 그 자리를 채웠다. CERN은 125기가전자볼트(Gev) 영역에서 힉스 입자가 존재한다는 결과가 일부 나왔지만 확신까지는 좀 더 많은 데이터가 필요하다고 밝혔다. 현재 확률은 99.5~99.7% 수준. CERN는 내년 실험이 진행되면 가능성이 99.99994%까지 높아질 것으로 예상하고 있다. 4. 올해의 논란 아인슈타인의 진리는 틀렸나 과학사에 2011년이 기록된다면, ‘물리학의 신’으로 추앙받는 아인슈타인에 대한 도전의 원년으로 쓰여질 가능성이 높다. CERN은 지난 9월 “빛보다 빠른 소립자, ‘중성미자’를 측정하는 데 성공했다.”고 발표했다. “그럴 수도 있지.”라고 생각한다면 당신은 물리학의 기본을 모르는 것이 확실하다. 1905년 알베르트 아인슈타인이 특수상대성이론을 발표한 이후, 빛보다 빠른 물질이 존재하지 않는다는 것은 절대적인 진리로 받아들여졌다. 이는 우주의 모양이 지금까지의 생각과는 달라질 수 있다는 것을 의미한다. OPERA로 불리는 실험에서 물리학자들은 CERN의 입자가속기에서 나온 중성미자의 빔을 땅속을 통해 730㎞ 떨어진 그란사소 실험실로 쏘는 작업을 1만 6000번 반복했다. 그 결과 중성미자가 빛보다 60나노초 빠르다는 사실을 확인했다는 것이다. 실험 당사자들조차 믿지 못한 결과에 대한 논란은 진행형이다. CERN은 물론 미 페르미연구소도 검증 실험을 진행 중이다. 5. 올해의 해프닝 영전에 바친 노벨상 매년 10월이면 전 세계인의 주목을 끄는 스웨덴 노벨위원회 구성원들은 아마 올해 과학계에서 가장 당혹스러운 경험을 한 사람들로 뽑혀도 불만이 없을 것 같다. 노벨위원회는 올해 생리의학상 공동 수상자로 랠프 스타인먼 미 록펠러대 교수를 선정했다. 하지만 불과 몇 시간 후 록펠러대는 스타인먼 교수가 췌장암으로 며칠 전에 숨졌다는 사실을 발표했다. 1974년 노벨위원회는 이전까지 관례적으로만 내려오던 ‘생존 인물만 수상자로 뽑는다.’는 규정을 공식화했다. 스스로 정한 규정을 어긴 셈이다. 결국 위원회는 “그가 수상의 기쁨을 누리지 못해 애석할 뿐, 선택을 바꾸지 않겠다.”고 발표했다. 위원회는 올해 유독 갈팡질팡했다. 올해 물리학상을 공동수상한 솔 펄머터 캘리포니아버클리대 교수는 수상소식을 스웨덴의 기자에게 전해들었다. 두 사건 모두 업적을 평가하는 데 지나치게 골몰한 때문인지, 수상자들에 대한 기본적인 예의조차 지키지 않은 노벨위원회의 거만이 만들어 낸 해프닝으로 한동안 회자될 전망이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

인류가 137억년 전 우주탄생의 신비에 99.9%까지 다가섰다. 늦어도 내년 여름에는 결말을 보게 된다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 13일(현지시간) 스위스 제네바에서 공개세미나를 갖고 “거대강입자가속기(LHC)에서 양성자 충돌실험을 반복한 결과 힉스 입자(Higgs boson)로 추정되는 흔적을 발견했다.”고 밝혔다. 롤프 디터 호이어 CERN 소장은 “그러나 아직 힉스 입자의 존재 여부를 확실하게 얘기할 수는 없으며, 추가실험을 통해 입증할 수 있을 것”이라고 강조했다. 이날 발표는 LHC에 설치된 4대의 검출기 중 2개인 CMS와 ATLAS를 연구하는 두 팀의 연구성과가 각각 발표된 후 이를 종합하는 방식으로 진행됐다. CMS팀은 128Gev(기가전자볼트) 대역에서 힉스 입자가 존재할 확률을 2~3시그마(95~99.7%), ATLAS팀은 126Gev 대역에서 2.3시그마(96%)로 추정했다. 하지만 이 같은 확률은 과학적 발견으로 인정받기에는 미흡하다. CERN은 목표 확률을 5시그마(99.99994%)로 잡고 있으며, 170만번에 한 번 정도 틀리는 수준이다. 로이터는 “과학적 발견은 수백만 개의 사과가 예외없이 모두 아래로 떨어지는 것을 보고 나서야 중력이 있다고 주장할 수 있는 수준”이라며 “그중 하나라도 땅으로 떨어지지 않거나 보지 못했다면, 과학적 발견이 될 수 없다.”고 설명했다. 나머지 0.3~5% 포인트를 채우기 위한 실험에서 지금까지의 결과를 모두 부정하는 내용이 나올 수도 있다는 의미다. 다만 원리가 다른 CMS와 ATLAS에서 비슷한 수치와 결과가 나왔다는 점에서 힉스 입자의 존재를 입증하는 것은 시간문제라는 시각이 지배적이다. CERN은 “내년 여름 무렵에는 존재 여부가 확실하게 밝혀질 것”이라고 설명했다. 물리학자들은 ‘힉스 입자의 발견은 최소한 지난 100년간 최대의 과학적 성과가 될 것’이라고 입을 모은다. 힉스 입자는 137억년 전 빅뱅 직후 1000만분의1초 동안만 존재했으며, 힉스 입자 연구는 곧 우주 탄생 직후 ‘찰나’의 순간에 무슨 일이 있었는지를 연구하는 것과 같다. 특히 힉스 입자는 우주 만물을 구성하는 입자들에 각기 다른 질량과 역할을 부여한 것으로 추정된다. 그래서 ‘신의 입자’ ‘창조의 천사’ ‘우주를 만든 벽돌’이라는 별칭을 갖고 있다. 힉스 입자가 발견되면 우주 만물의 분류표인 ‘표준모형’이 옳다는 점이 입증된다. 나아가 힉스에 대한 연구가 진행되면 이론적으로는 물질 창조나 변환에 접근할 수도 있다. ‘신이 우주를 창조했다.’는 설명 대신 우주 창조를 과학으로만 설명할 가능성도 높아진다. 이 때문에 LHC에만 100억 달러가 넘는 천문학적인 돈이 투자됐다. 하지만 힉스 입자가 존재하지 않는다면 과학자들은 물리학 교과서를 처음부터 다시 써야 한다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

‘신의 입자’로 불리는 힉스 입자(Higgs boson)의 존재 여부가 전 세계 과학계의 초미의 관심사로 떠오른 가운데 힉스 입자를 명명한 한국인 이론물리학자 고 이휘소(1935~77) 박사가 새삼 주목받고 있다. 현대물리학의 근간인 표준모형에 미친 그의 연구 업적을 감안할 때 이 박사가 생존해 있었다면 노벨 물리학상 수상이 당연하다는 아쉬움도 남는다. 13일 물리학계에 따르면 이 박사는 1967년 미국에서 열린 한 학회에서 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수를 만났다. 힉스 교수는 1964년 ‘모든 입자들에 질량을 부여하는 무거운 입자가 있었다.’는 이론을 발표했지만 너무 획기적인 이론이었던 데다 학계에서 명성이 높지 않아 큰 주목을 받지 못하고 있었다. 이 박사는 1972년 미 국립가속기연구소(페르미연구소) 연구부장 시절 국제 고에너지 물리학 국제 콘퍼런스 행사장에서 발표한 논문을 통해 “자연계가 질량을 갖게 한 근본적인 입자가 있으며, 그 질량은 양성자의 110배에 이른다.”는 추정치까지 내놓았다. 당시 논문에서 이 박사는 이 미지의 입자를 ‘힉스 입자’라고 칭했고, 이후 모든 물리학자들이 같은 표현을 사용하기 시작했다. 이는 이 박사가 국제적으로 갖고 있던 명성과 영향력 때문이라는 것이 정설이다. 과학저널 네이처는 지난해 “당시 적어도 5~6명의 이론물리학자들이 힉스에 앞서 같은 이론을 내놓았지만, 이휘소 박사의 발표가 명명에 결정적인 영향을 미쳤다.”고 전했다. 당시 이 박사는 현대 물리학에서 사용되는 ‘표준모형’의 초기 모델인 ‘게이지 이론’을 완성했고, 모델의 주요 구성요소인 참(Charm) 쿼크의 존재를 예측하며 전 세계 최고의 이론물리학자로 이름을 날리고 있었다. 42세에 세상을 떠나기까지 이 박사는 무려 140여편을 논문을 발표했고, 이들 논문은 1만회 이상 인용됐다. 이 박사의 연구들은 추후 실험물리학을 통해 잇따라 검증되며 노벨상의 보고로 인정받고 있다. 글래쇼·와인버그·살람은 1979년, 트후프트·벨트만은 1999년, 그로쓰·월첵·폴리터는 2004년 각각 노벨물리학상을 수상했다. 생존해있는 피터 힉스 역시 유럽입자물리연구소(CERN)가 힉스 입자 존재 입증에 성공할 경우 노벨물리학상 수상이 확실시 된다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

“과연 유럽입자물리연구소(CERN)는 무슨 얘기를 하려는 걸까.” 1964년 이후 전 세계 물리학계의 가장 큰 화두로 꼽혀 온 ‘힉스 입자가 발견됐다.’는 소문이 점차 사실로 굳어지고 있다.<서울신문 12월 7일자 11면> 학계는 물론 BBC, 파이낸셜타임스, 가디언 등 유력 외신들이 앞다퉈 관련 소식을 전하며 관심을 쏟아내자 CERN은 13일(현지시간) 공개세미나 이후 이례적으로 기자회견을 갖기로 했다. 롤프 디터 호이어 CERN 소장은 수백명에 이르는 거대강입자가속기(LHC) 실험 참가자들에게 이메일을 보내 “13일 이전에는 실험 결과와 관련된 내용을 발설하지 말라.”고 당부했다. 미국의 과학전문 사이언티픽 아메리칸 등 외신과 실험 참가자들의 발언을 종합해 과연 이날 CERN이 어떤 내용을 발표할지 추측해 봤다. 실험에 참가한 과학자들과 CERN 관계자들의 발언에는 공통점이 있다. “이날 힉스 입자 여부를 단정하는 내용은 발표되지 않는다.”는 것이다. 호이어 소장은 이미 여러 차례 “올해 힉스 입자와 관련된 확실한 발표는 없을 것”이라고 강조해 왔다. 하지만 CERN이 이전과 다른 결과를 받아든 것은 분명해 보인다. 미 페르미연구소 연구원이자 LHC의 검출기인 CMS 프로젝트 멤버 조 린킨 박사는 사이언티픽 아메리칸과의 인터뷰에서 “이날은 아주 흥미진진한 회의가 진행될 것”이라며 “우리는 사상 처음으로 충분히 논쟁할 만한 가치가 있는 데이터를 손에 넣었다.”고 밝혔다. 지금까지 힉스 입자와 관련된 연구들은 모두 ‘신뢰도 부족’ 판정을 받았다. 과거 실험들이 오류 범위 내에 있는 결과들이었다면 CERN이 이날 공개할 데이터는 오류 범위에 아주 근접했거나 넘어섰다는 의미로 읽힌다. 과학저널 네이처에 따르면 LHC가 최근 진행한 350조번의 양성자 충돌 실험 중에서 힉스 입자의 흔적으로 여겨지는 신호는 최소한 10번가량 나타난 것으로 알려지고 있다. LHC의 다른 검출기인 ATLAS 관계자들도 비슷한 발언을 하고 있다. ATLAS 핵심 관계자는 라이브사이언스닷컴에 “이날 우리는 처음으로 힉스 입자의 흔적과 마주하게 될 것”이라고 전했다. 물리학계에서는 이날 세미나에서 CERN이 힉스 입자의 ‘존재 선언’은 하지 않아도 ‘충분한 근거’를 댈 가능성이 높다고 보고 있다. 린킨 박사는 “우리는 이미 현재 3시그마 수준의 데이터를 신뢰할 수 있는 5시그마까지 올리는 운영법도 알고 있다.”고 전했다. CERN은 이미 힉스 이후를 준비하고 있다. 힉스 입자 발견이라는 1차적인 목표를 달성하면, 현재 발견된 물질들의 짝을 이루는 것으로 추정되지만 아직까지 검출되지 않은 ‘초대칭 입자’를 추적한다는 계획이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr [용어 클릭] ●힉스 입자 우주 생성 직후 나타났다 사라진 것으로 추정되는 물질이다. 모든 물질을 이루는 입자들의 질량과 성질을 규명하는 단초여서 ‘신의 입자’로 불리나 현대물리학의 근간인 표준모형 중 유일하게 아직 발견되지 않았다. ‘힉스 입자’는 1964년 개념을 주창한 피터 힉스 에든버러대 교수의 이름에서 따왔다.

“드디어 ‘힉스’를 찾았다.” 세계 물리학계가 흥분의 도가니에 빠졌다. 유럽입자물리연구소(CERN)가 ‘신의 입자’로 불리는 힉스 입자를 발견하는 데 성공했다는 소문이 빠르게 퍼지고 있다. CERN이 곧 개최할 내부 회의와 공개 세미나에 전 세계 과학계가 주목하고 있다. 6일 과학계에 따르면 지난달 말부터 국내외 물리학자들 사이에서 “CERN의 거대강입자가속기(LHC)가 기존에 없던 새로운 징후를 밝혀냈으며, 힉스 입자가 확실하다.”는 소식이 전해지고 있다. 힉스 입자는 138억년 전 우주 탄생 직후 모든 물질을 구성하는 6쌍의 구성 입자와 힘을 전달하는 4개 매개 입자들에 질량과 성질을 부여한 뒤 사라진 것으로 추정돼 ‘신의 입자’로 불린다. 현대 물리학의 토대인 ‘표준모형’에서 유일하게 발견되지 않은 입자이기도 하다. 유럽 과학자들은 2008년 50억 달러를 들여 LHC를 건설하고 힉스 입자를 찾기 위한 실험을 진행했다. 올해 LHC 실험은 지난 10월 말 이미 종료됐다. 이 때문에 내년 이후에나 힉스 입자의 존재 유무가 밝혀질 것으로 예상됐다. 그러나 실험 자료를 정리하던 과학자들이 LHC 검출기인 ATLAS와 CMS 두 곳에서 기존에 알려지지 않은 현상을 뒤늦게 발견한 것으로 나타났다. 김승환 포스텍 물리학과 교수는 “LHC를 비롯한 전 세계 가속기들이 이미 힉스 입자가 있을 것으로 추정되는 대부분의 에너지 영역대를 탐색했지만 허사였다.”면서 “그러나 마지막 남은 에너지 영역인 125Gev(전자볼트) 대역에서 동시에 두 곳의 검출기에 이상 신호가 포착된 것”이라고 설명했다. 과학저널 네이처에 따르면 CERN이 현재 확보한 자료는 힉스 입자 검출을 완벽하게 입증하지는 못한 것으로 분석된다. 네이처는 “힉스 입자를 발견했다는 절대적인 증거가 되기 위해서는 통계오류가 100만분의1(5시그마) 이하여야 하는데 ATLAS는 3.5시그마, CMS는 2.5시그마”라며 “그러나 실험 결과가 충분히 쌓이지 않았을 뿐 125Gev에 무언가 있는 것은 분명하다.”고 전했다. 물리학계는 7일(현지시간) CERN 내부 회의와 13일 공개 세미나가 예정돼 있다는 점에서 힉스 입자와 관련된 소식이 공식 발표될 것으로 기대하고 있다. 그러나 일각에서는 아직까지 자료가 충분치 않은 만큼 CERN이 더 확실한 증거를 찾은 뒤로 발표를 미룰 것이라는 전망도 나온다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr 1) 데이트 강간을 위한 ‘악마의 술잔’　한모금에 블랙아웃…24시간내 검사 못하면 미제사건 2) 죽음의 性도착증 ‘자기 색정사’　혼절직전의 성적 쾌감 탐닉…‘질식에 중독되다’ 3) 친구와 함께 차안에서 아내에 몹쓸짓 한 남편 …사고로 위장한 최악의 선택 4) 살해당한 아내의 눈속에 담긴 죽음의 비밀…　흔해서 더 잔인한 위장 살인의 실체는 5) 강간 후 살해된 여성, 그리고 부검의 반전　죽을 때까지 여성이고 싶었던 여성의 사연 6) 천안 母女살인범, 현장에서 대변만 보지 않았더라도…　‘미세증거물’ 속에 숨은 사건의 진상 7) 정자가 수상한 정액…씨없는 발바리’ 과학수사 얕봤다가　정관수술까지 한 연쇄 성폭행범 8) 변태성욕 30대 살인마의 아주 특별한 핏자국　혈흔속 性염색체의 오묘한 비밀 9) “그날 조폭은 왜 하필 남진의 허벅지를 찔렀나?”…　칼잡이는 당신의 ‘치명적 급소’를 노린다 10) 소변 참으며 물 마시던 20대女, 갑자기 몸을 뒤틀며…　생명을 앗아가는 ‘죽음의 물’ 11) 자살한 40대 노래방 여주인, 살인범은 알고 있었다　생활반응이 알려준 사건의 진실 12) 불탄 시신의 마지막 호흡이 범인을 지목하다　화재사망 속 숨어있는 타살흔적 증거는 13) 車 운전석에서 질식해 숨진 그녀의 주먹쥔 양팔 14) 백골로 발견된 미모의 20대女, 성형수술만 안 했어도…　가련한 여성의 한 풀어준 그것 15) 무참히 살해된 20대女…6년만에 살인범 잡고보니…　274만개의 눈이 잡은 연쇄살인범의 정체 16) 이태원 옷집 주인 살인사건…20대 여성이 지목한 범인은?　찢어진 장부의 증언 17) 물속에서 떠오른 그녀의 흰손…토막살인범 잡고보니　바다에서 건진 시신 신원찾기 18) 헤어드라이어로 조강지처 살해한 50대의 계략…　몸에 남은 ‘전류반’은 못 숨겼네 19) 자살이라 보기엔 너무 폭력적인 죽음…왜?　가해자·피해자는 하나였다 20) 아파트 침대 밑 女 시신 2구…잔인한 ‘진실게임’ 결과는?　누명 벗겨준 거짓말 탐지기 21) 자다가 갑자기 세상을 뜨는 젊은 남자들…누구의 저주인가?　청장년 급사증후군의 비밀 22) 70% 부패한 시신 유일한 증거는 ‘어금니’　억울한 죽음 단서 된 치아 23) 살인현장에 남은 별무늬 운동화 자국의 비밀　60대 노인의 치밀한 트릭 24) 택시 안에서 숨진 20대 직장女 살인범은 과연…　돈 버리고 납치한 이상한 택시 강도 25) 그녀가 남긴 담배꽁초 감식결과 놀라운 사실이　살인 현장에 남은 립스틱의 반전 26) 목졸리고 훼손된 60대 시신… 그것은 범인의 속임수였다　‘파란 옷’ 입었던 살인마 27) 40대 여인 유일 목격자 경비 최면 걸자　법최면이 일러준 범인의 얼굴 28) 소리없이 사라진 30대 새댁, 알고보니 들짐승이…　부러진 다리뼈가 범인을 지목하다 29) 살인자가 남기고 간 화장품 향기, 그것은 ‘트릭’이었다　강릉 40대女 살인사건의 전말 30) 동거女 잔혹하게 살해한 30대, 시신이 물속에서 떠오르자…　살인후 물속으로 던진 사건 그후 31) 최악의 女연쇄살인범 김선자, 5명 독살과 비참한 최후　청산염으로 가족, 친구 무차별 살해 32) 살해된 20대女의 수표에 ‘검은 악마’의 정체가 담기다 완전범죄를 꿈꾸던 엽기 살인마 33) 억울한 10대 소녀의 죽음…두줄 상처의 비밀 추락에 의한 자살? 몸을 통해 타살 증언하다

천재 과학자 앨버트 아인슈타인(1879~1955)이 1905년 발표한 특수상대성 이론을 반박하는 실험이 또 한 번 성공해 학계에 충격을 주고 있다. 스위스 유럽입자물리연구소(CERN)는 지난 9월에 이어 최근 또 한번 빛보다 빠른 이원자입자의 속도를 측정하는데 성공했다고 발표했다. 이는 최초 실험 성공당시, 오류가 많은데다 우연일 가능성이 있다고 주장한 일부 과학자들의 주장을 뒤엎을 수 있을 것으로 기대되고 있다. CERN 연구팀은 입자가속기(Large Hardon Collider)에서 두 개의 양자를 충돌시킨 뒤, 450마일 떨어진 이탈리아 알프스의 실험실로 중성미립자를 발사하는 방식으로 속도를 측정한 결과, 60나노초(10억분의 1초)의 빛의 속력 장벽이 깨졌다. 이는 지난 9월 1차 실험 결과와 동일하며, 2차 실험에서는 총 20차례 같은 실험을 되풀이 한 결과 역시 빛의 속력을 깨는데 성공했다. 아인슈타인의 특수성이론에 따르면, 어떤 물질이 질량이 없는 빛의 속력을 따라잡기 위해서는 그에 상응하는 엄청난 에너지를 가져야 하며, 에너지를 가진 물질은 빛의 속력에 다다를 수 없기 때문에 빛보다 빠른 물질은 없다는 내용을 골자로 한다. 때문에 빛의 속도를 깨는 것은 공상과학소설에나 가능한 이론이라고 주장하던 학자들도 재실험 결과에 놀라움을 표하는 한편, 일부에서는 여전히 이를 신뢰하지 못하겠다며 팽팽하게 맞서고 있다. 영국 서리 대학교의 짐 알 칼리리 박사는 “이 실험결과는 여전히 오류의 가능성이 있다.”며 강하게 반발하고 나섰다. 한편 CERN의 실험이 성공한 것을 계기로 미국과 일본 등 각국에서도 내년에 이와 동일한 실험을 실시할 예정인 것으로 알려졌다. 송혜민기자 huimin0217@seoul.co.kr

첨단기기의 기준은 어디에 있을까. 기능의 차이를 부각시키기 쉽지 않은 오늘날, 이 같은 질문에 대한 답은 비교적 간단하다. 누가 더 얇게, 누가 더 작게 만들어 내느냐이다. ‘가장 얇은’ ‘가장 작은’이라는 수식어는 곧 휴대전화, TV, 노트북 컴퓨터의 경쟁력이다. 그러나 이 같은 소형화, 슬림화와는 전혀 거리가 먼 분야가 있다. 바로 거대과학이다. 독특하고 기발한 글로 인기가 높은 크랙드닷컴은 5일(현지시간) ‘과학이 만들어 낸 다섯 가지 거대한 구조물’을 선정, 발표했다. 다섯 가지 구조물의 면면을 살펴보면 마치 공상과학(SF) 영화 속 우주전함이나 거대 요새를 연상케 한다. 1. 힉스를 찾아라-LHC 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)가 유명해진 것은 ‘지구 멸망 실험’이라는 풍문 때문이었다. “약 138억년 전 빅뱅 직후의 모습을 재현한다.”는 LHC의 실험목표가 오해를 거듭한 결과였고, 세계 각국에서 반대시위까지 벌어졌다. 공식적으로 LHC는 인류가 만들어 낸 가장 큰 기계다. 스위스와 프랑스 국경 사이 지하 100m 속에 지어진 LHC의 둘레는 27㎞에 이른다. 1994년 시작된 LHC 건설에 투입된 돈만 해도 50억 달러가 넘고, 기계를 돌리고 연구하기 위해 80개국, 1만여명의 과학자들이 일하고 있다. LHC에서 이뤄지는 실험 자체는 비교적 간단하다. 두 개의 입자 빔을 양쪽으로 쏘아 빛의 99.999%의 속도까지 가속시킨 후 양성자가 서로 충돌하게 하는 것이다. 이를 통해 우주 탄생 직후부터 약 3분 뒤까지 어떤 일이 벌어졌는지를 알아낼 수 있다는 것이 과학자들의 구상이다. 특히 가장 관심을 모으는 것은 ‘신의 입자’로 불리는 ‘힉스 입자’의 검출 여부다. 우주탄생 직후 모든 물질의 질량과 성질을 규명하고 사라진 것으로 추정되는 힉스 입자를 찾는다면 인류는 우주의 비밀에 성큼 다가설 수 있다. 그러나 LHC가 가동된 지 3년이 넘게 지난 지금까지 힉스 입자는 모습을 드러내지 않고 있다. 2. 우주 보는 눈-제임스 웹 망원경 1990년 미항공우주국(NASA)이 허블우주망원경을 지구 위에 올려놓자 사람들은 ‘좀 더 깨끗한 우주사진’만을 기대했다. 하지만 그 후 21년 동안 허블망원경은 우주에 대한 고정관념을 바꿔 놓았다. ‘우주를 보는 인류의 눈’이라는 별명에 걸맞은 활약이었다. 그러나 허블망원경은 2014년이면 수명을 다한다. 우주에서 우주를 보는 것이 얼마나 효율적인지를 알게 된 과학자들은 2020년 쏘아올릴 허블의 후계자를 만들기 시작했다. 차세대 우주망원경 ‘제임스 웹’은 허블보다 훨씬 크고 강력하다. 허블이 길이 13m, 직경 14m로 버스 1대 크기인 데 비해 제임스 웹은 길이 22m, 직경 12m로 테니스 코트 크기다. 허블의 관측 능력이 인간의 100억배 수준이라면, 제임스 웹은 반사경의 면적이 10배 이상 커지며 허블의 3.4배 시력을 갖게 됐다. 무엇보다 제임스 웹은 지구에서 무려 150만㎞ 떨어진 궤도에 올려져 우주를 관측하게 된다. 3. 거대과학의 비극 ‘LIGO’ 과학자들은 빅뱅 직후 우주가 팽창하기 시작해 지금도 점점 더 빠른 속도로 넓어지고 있다고 본다. 그렇다면 그 증거는 어떻게 찾을 수 있을까. 질량을 가진 물질들이 서로 멀어지면서 이동하고 있다면 마치 호수에 돌을 던진 것처럼 우주 안에 그 파동이 떠돌고 있지는 않을까. 1916년 알베르트 아인슈타인이 이 같은 가설을 발표한 이후 과학자들은 이 파동에 ‘중력파’라는 이름을 붙이고 실체를 찾기 시작했다. 100년 가까이 실패가 거듭된 후 2002년 미국 워싱턴주에 지어진 중력파 검출 장치 LIGO는 한쪽 관이 4㎞에 이르는 직각 구조물이다. 중앙에서 각 관의 끝에 설치된 거울을 향해 레이저를 반사한 후 다시 한 점에 모이도록 하면 간섭을 일으킨다. 이 간섭의 변화를 측정하면 중력파의 영향을 측정할 수 있다는 것이 당초 과학자들의 구상이었다. 하지만 2008년 LIGO는 공식적으로 중력파 검출에 실패했다고 선언했다. 미약한 중력파를 잡아내기에는 정밀도가 충분치 않았기 때문이다. 4. 남극 아이스큐브 뉴트리노 망원경 4위에는 남극의 ‘아이스큐브 뉴트리노(중성미자) 망원경’, 5위에는 미 캘리포니아 리버모어 국립연구소의 미 국가점화설비(NIF)가 꼽혔다. 남극점에 설치된 아이스큐브 망원경은 얼음에 80여개의 구멍을 2.4㎞ 깊이까지 뚫은 후 검출기를 내려보내는 설비다. 깊은 얼음 속에 묻힌 아이스큐브는 중성미자가 얼음 분자와 부딪치면서 내는 푸른 섬광을 찾는 방식으로 중성미자를 탐색한다. 우리 주위에 수없이 많이 존재하지만 다른 물질과 상호작용을 하지 않는 뉴트리노를 검출하기 위해서는 밀도가 높은 남극의 얼음이 적합하다는 판단에서 비롯된 장치다. 5. 미국 국가점화설비(NIF) 축구장 크기인 NIF는 192개의 독립적인 레이저빔을 갖추고 있다. 이 레이저빔들은 1000분의1초 안에 300m 거리에 있는 손가락만 한 목표물에 동시에 투사돼, 태양 중심부에서 일어나는 것과 같은 핵융합 반응을 일으킬 수 있다. 10억 달러가 넘는 예산이 투입된 NIF는 청정에너지 개발이라는 명분을 내세우고 있지만 실제로는 핵무기와 관련된 군사적 이유도 숨겨져 있다. NIF를 이용하면 지하 핵실험을 하지 않고도, 노후화된 핵무기의 변화와 안전성을 검증할 수 있기 때문이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

‘신의 입자’로 불리는 힉스 입자가 물리학자들을 ‘양치기 소년’으로 만들고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)가 힉스 입자를 찾기 위해 무려 95억 달러를 투입했지만 좀처럼 결과물을 얻지 못하고 있기 때문이다. 올해의 실험이 공식 종료되면서 ‘인류 역사상 최대의 실험’은 또다시 내년 3월을 기다릴 수밖에 없다. 1일 과학저널 네이처에 따르면 ‘힉스 입자 사냥시즌이 끝나다’라는 기사를 통해 “CERN이 지난달 30일(현지시간) 올해 양성자빔 충돌실험을 중단했다.”고 밝혔다. 스위스 제네바에 있는 CERN은 대형강입자가속기(LHC)를 지난 2008년 처음 가동한 이후 힉스 입자를 발견하기 위해 양성자빔 충돌 실험을 진행해 왔다. 힉스 입자는 우주 탄생을 이끈 대폭발(빅뱅) 직후 현재까지 발견된 물질을 구성하는 6쌍의 구성입자와 힘을 전달하는 4개 매개입자들에 질량과 성질을 부여한 뒤 사라진 것으로 추정돼 ‘신의 입자’라고 일컬어지고 있다. 지름 8㎞, 둘레 27㎞에 이르는 원형 구조물인 LHC는 양쪽으로 양성자 빔을 쏘아 완벽한 조건에서 충돌할 경우 빅뱅 직후 약 3분간의 우주 구성과정을 엿볼 수 있다. 그러나 힉스 입자 발견이 예상보다 늦어지면서 CERN에 예산을 지원한 각국 정부는 물론 학계에서도 비판의 목소리가 커지고 있다. CERN은 당초 힉스 입자 발견이 이르면 2009년 말, 늦어도 3년 후인 2011년까지는 이뤄질 것으로 전망했다. 하지만 힉스 입자를 발견했다는 소식은 없다. 더욱이 건설에만 50억 달러가 들어간 LHC가 잇단 프로그램 오류와 장비 손상을 입으면서 설계 및 시공 부실 의혹마저 제기된 상태다. 특히 ‘힉스 입자 검출’로 예상됐던 몇 차례의 실험 결과도 단순한 착오로 밝혀지면서 LHC로는 힉스 입자를 찾을 수 없다는 비관적인 전망도 나오는 실정이다. 네이처는 “물리학자들은 힉스 입자 사냥을 포기하지 않았다.”면서 “또 힉스 입자가 아주 짧은 시간 동안만 존재하기 때문에 이미 만들어졌더라도 아직까지 충분한 증거를 모으지 못했을 뿐”이라고 전했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

지난달 유럽입자물리연구소(CERN)가 ‘중성미자(뉴트리노)가 빛보다 빠르다.’는 연구결과를 발표한 이후 물리학계에서 논란이 뜨겁다. CERN의 발표가 사실로 입증될 경우 “빛보다 빠른 물질은 없다.”는 알베르트 아인슈타인의 상대성이론을 수정해야 하기 때문이다. 논문 초고 온라인 등록사이트인 ‘아카이브’(ArXiv.org)에는 CERN의 발표 이후 19일까지 80편 이상의 관련 논문이 게재됐다. 아카이브는 수학·물리학 분야의 출판 전 논문을 수집하는 웹사이트로, 전 세계 학자들에게 자신의 이론을 공개하고 검증받는 곳이다. ‘푸엥카레의 추측’ 등 수학·물리학 난제 대부분의 해법이 이 사이트를 통해 공개됐다. 아카이브 논문 중 일부는 중성미자가 빛보다 빠른 이유에 대한 가설을 담고 있다. 시공간을 넘어서는 새로운 지름길이 있다거나, 지구에서만 중성미자가 빠를 수 있다는 식이다. 영국의 과학 전문지 뉴사이언티스트는 이에 대해 “최초로 이론적 설명을 내놨다는 명성을 노린 무리한 이론들이 대거 등장했다.”고 평가했다. 대부분의 논문은 CERN의 실험 오류 가능성을 지적하고 있다. 1979년 노벨 물리학상 수상자인 셸던 글래쇼 보스턴대 교수는 논문에서 “뉴트리노가 일시적으로 빛보다 빠르게 움직인다 해도 곧바로 에너지를 잃게 되며, CERN에서 발표한 속도를 내는 것은 불가능하다.”고 주장했다. 현재 아카이브에서 가장 많은 지지를 받고 있는 것은 CERN이 사용한 위성위치시스템(GPS)의 오차를 지적한 네덜란드 흐로닝언대 연구진의 논문. CERN 연구진은 뉴트리노 속도 측정을 위해 스위스에서 724㎞ 떨어진 이탈리아로 뉴트리노를 계속 발사하는 방식을 사용했다. 빠르게 움직이는 뉴트리노의 속도를 정확하게 측정하기 위해서는 출발 시점과 도착 시점을 매우 정밀하게 알아야 한다. 하지만 시간을 측정하는 GPS 위성은 출발과 도착을 검증하는 지상의 탐지기에 비해 시속 1만 5000㎞ 빠르게 움직인다. 로널드 반 엘버그 교수는 “시간을 재는 위성의 관점에서 보면 탐지기가 있는 지구는 위성에 비해 늦게 움직이며, 이는 뉴트리노가 실제 측정하려는 거리보다 좀 더 짧은 거리를 이동하는 효과를 낳게 된다.”면서 “결국 GPS 시간측정에는 오차가 생긴다.”고 지적했다. 엘버그 교수는 오차가 측정기 양쪽에서 각각 32나노초씩 발생해, 실험 전체에서 64나노초를 보정해야 한다는 계산 결과도 공개했다. 이는 뉴트리노가 빛보다 60나노초 빠르다는 CERN의 발표가 오차범위 내에 있다는 것을 의미한다. MIT 테크놀로지 리뷰는 “GPS와 탐지기의 오류를 지적한 엘버그의 논문은 어느 관점에서 바라보느냐가 중요하다는 상대성이론에 근거하고 있다.”면서 “이 논문의 주장이 옳다면, CERN은 오히려 상대성이론이 옳다는 것을 입증하는 실험을 한 셈”이라고 평가했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

인류가 ‘만들어낸’ 최고의 기계를 꼽는 것은 쉬운 일이 아니다. 누군가는 자동차를, 누군가는 컴퓨터를 얘기할 수도 있고, 어떤 주부는 전자레인지나 진공청소기를 먼저 꺼낼 수도 있다. 하지만 인류가 ‘생각해 낸’ 최고의 기계를 꼽는다면 후보는 좁혀진다. 이미 현실화된 기계는 당연히 제외된다. 만들어지지 않았기 때문에, 아니면 불가능하다고 여겨지기 때문에 더 많은 기대가 걸려 있다. 여기 실제로 만들어진다면 ‘신의 영역’에 이르렀다고 선언할 수 있을 만한 두 개의 기계가 있다. 미래의 일을 먼저 볼 수 있거나 과거에 무슨 일이 있었는지를 정확하게 알 수 있는 타임머신. 그리고 남의 생각이나 꿈을 읽을 수 있는 드림머신(혹은 드림스캐너)이다. 유사 이래 상상 속에서만 존재해 온 이 기계들이 2011년 올해, 그것도 한 달도 안 되는 사이에 화제로 떠올랐다. 너무나 당연하게 여겨지던 과학의 상식이 깨지고 있기 때문이다. ‘상식을 깨는 것’에서 어느 새 ‘가설과 상식을 확인하는 것’을 목표로 삼고 현실에 안주해 온 과학계가 뿌리째 흔들릴 만한 일이다. ■ 과학상식 위협하는 ‘타임머신’ ‘과거나 미래로의 여행’이라는 누구나 한번쯤 상상했을 법한 호기심이 구체적인 모습으로 등장한 것은 ‘공상과학(SF)의 아버지’로 불리는 허버트 조지 웰스가 1895년 소설 ‘타임머신’을 출간하면서부터다. 웰스는 소설에서 빛보다 빠른 회전운동을 일으키는 ‘타임머신’을 4차원 공간의 시간축 방향으로 밀어 미래로 움직일 수 있다는 아이디어를 제시했다. 이후 ‘터미네이터’ ‘12몽키즈’ ‘백 투 더 퓨처’ 등 수많은 영화와 소설, 만화에서 타임머신이 등장해 이야기의 중심을 이뤘다. 하지만 그 후 100년이 훌쩍 넘은 지금껏 타임머신은 상상 속에 갇혀 있다. 실제 타임머신을 만들려는 시도도, 결과물도 알려진 바 없다. 우선 논리적인 문제가 있다. 과거로 가는 타임머신은 시간을 거스르는 순간, 곧바로 기계가 존재하지 않는 상태가 된다. 또 과거에 자신의 조상을 만나거나, 인과관계가 있는 물건에 손을 대면 그 후의 모든 일이 바뀌어 현재에 타임머신을 만드는 상황이 재현되지 않는다. 미래 역시 마찬가지다. 미래에 생길 일을 알아 과거에 전달하면 그 미래는 재현되지 않을 가능성이 높다. 결과와 원인이 뒤엉키는 상황은 철학이나 논리의 영역에서조차 설명하기가 불가능에 가깝다. 만화 ‘드래곤볼’에서 ‘수많은 미래와 과거와 존재하고 서로 영향을 미치지 않는다.’라는, 필요에 따라 변화무쌍하게 변하는 논리가 등장하는 것도 이 같은 모순을 피하기 위한 장치다. 현존하는 최고의 물리학자로 꼽히는 스티븐 호킹 영국 케임브리지대 명예교수 역시 이 같은 논리를 내세워 시간여행이 불가능하다는 점을 밝히기도 했다. “타임머신의 발명이 가능하다면 언젠가 만들어질 것이고, 그 타임머신을 타고 나타난 시간 여행객들이 주위에 있어야 한다. 그러나 아직까지 나타나지 않았다는 점은 타임머신이 불가능하다는 증거”라는 것이 호킹의 논리다. 과학의 영역에서는 알베르트 아인슈타인이 타임머신에 대한 과학적 상상이 불가능하도록 족쇄를 채워 놓았다. 아인슈타인은 특수상대성이론을 통해 시간에 변화를 주기 위해서는 빛의 속도 또는 그 이상으로 움직일 수 있어야 한다는 점을 증명했다. 기본적인 전제는 지구상에 존재하는 물질이나 장치 중 어떤 것도 빛의 속도를 따라잡는 것이 불가능하고, 결국 시간여행은 불가능하다는 것이었다. 하지만 이를 뒤집어 보면 빛의 속도에 가깝거나 이보다 빠른 물질이 존재한다면 미래로 가는 타임머신을 만들 수 있는 여지가 있다는 뜻이기도 하다. 이를 구체화하면 초속 29만 9900㎞로 날아가는 우주선의 시간이 흐르는 속도는 지구상의 50분의1에 불과하고, 1년을 우주에서 여행하면 50년 후의 지구로 돌아오게 된다. 영화 ‘혹성탈출’에서 주인공 일행이 우주선을 타고 여행한 후 원숭이들이 지배하는 미래의 지구로 돌아오는 것과 같은 원리다. ‘현대 물리학의 진리’로 불리는 아인슈타인의 이론과 그 위에 서 있는 타임머신이 역사상 가장 큰 도전을 받고 있다. 지난 22일(현지시간) 유럽입자물리연구소(CERN)가 “빛보다 빠른 중성미자(뉴트리노)를 발견했다.”고 밝히면서부터다. 간단한 발표를 놓고 물리학계에는 흥분과 패닉이 공존하고 있다. 아직까지 성격이 정확히 규명되지 않은 중성미자에 대한 연구가 진행되면 타임머신을 만들 수 있다는 성급한 기대도 나온다. 하지만 대부분의 학자들은 이번 사태가 ‘실험 오류’로 밝혀지기를 바라는 눈치다. 100년 넘는 시간 동안 수십만명의 물리학자들이 아인슈타인의 이론 위에서 하나씩 벗겨 온 우주와 자연의 신비가 잘못된 방향으로 가고 있다는 것은 어떤 이들에겐 ‘추구해 온 삶의 의미’를 부인하는 일일 수도 있기 때문이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr ■ 타인의 생각 읽는 ‘드림머신’ 시간여행을 하는 영화 백 투 더 퓨처의 주인공 마티 맥플라이(마이클 J 폭스 분)에 비해 남의 꿈을 훔치는 영화 ‘인셉션’의 주인공 돔 코브(리어나도 디캐프리오 분)는 훨씬 더 현실에 가까이 다가왔다. 의학학술지 ‘커런트 바이올로지’ 최근호에 게재된 잭 갤런트 캘리포니아 버클리대(UC버클리) 교수팀의 연구 결과는 기계를 통해 다른 사람이 보는 것을 그대로 화면에 나타낼 수 있다는 사실을 입증했다. 직접 그 사람의 두뇌를 들여다본다는 점에서, 심장의 움직임이나 맥박 등을 통해 사람의 진실을 측정하는 ‘거짓말탐지기’와는 차원이 다른 실험이 성공한 셈이다. 당초 갤런트 박사가 연구를 시작한 목적은 뇌졸중이나 언어장애 등 의사소통에 문제가 있는 사람들의 생각과 의사를 보여줄 수 있는 방법을 찾기 위한 것이었다. 갤런트 박사는 여러 명의 피실험자들이 영화를 보는 동안 기능성자기공명영상(fMRI) 기계를 통해 꾸준히 그들의 두뇌를 스캔했다. 장시간 움직이지 않고 누워 있는 상태에서 화면에 집중해야 하는 한계가 있기는 했지만 실제 영화에서 나타난 인물이나 동물 등의 장면이 2시간 후 피실험자들의 두뇌를 스캔한 화면에 나타났다. 이렇게 재구성된 영상은 조잡한 모습으로 형태와 움직임을 흐릿하게 흉내내는 것에 지나지 않았지만 영화와 비교하면 어느 장면을 피실험자들이 보고 있는지, 또는 생각하고 있는지를 분명하게 식별할 수 있는 수준이었다. 재구성한 영상만으로 영화 주인공이 ‘스티브 마틴’이라는 점을 알 수는 없지만, 어떤 영화인지를 알면 장면을 찾아내는 것은 가능했다. 연구팀은 fMRI의 기능을 개선하면 사람들의 실제 생각을 그대로 읽어 내거나 저장하는 일도 가능하고 꿈 속의 내용을 그대로 재현하는 일도 불가능하지 않은 것으로 보고 있다. 이번 실험은 갤런트 박사를 비롯한 연구진의 두뇌활동을 분석한 fMRI 자료를 기반으로 진행됐다. 어떤 장면이나 자극에 두뇌의 어떤 부분이 활성화되는지를 알고 있으면 결국 그 사람의 두뇌 움직임을 통해 장면이나 자극을 거꾸로 추측하는 것이 가능하다는 것이다. 결국 아직까지 극히 일부만이 알려져 있는 두뇌 활동에 대한 정보가 많아지면 많아질수록 더 정확한 영상을 만들어 낼 수 있다는 얘기다. ‘왜 이 사람이 이런 행동을 했을까.’ ‘행동의 동기가 무엇일까.’라는 질문에 대답할 수 있는 정신분석학자와 심리학자의 역할을 과학이 대신할 날이 머지않았다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr 서울신문은 매주 1회 독특한 포맷의 가상 인터뷰 [WHO&WHAT(후 앤드 왓)]을 1개면에 걸쳐 연재하고 있습니다. 일반 신문기사로는 다루기 힘든 동서고금의 지식과 역사의 정수들을 만남 또는 대담의 형식을 통해 알기 쉽고 재미있게 소개하는 지면입니다. 청소년, 어른 모두에게 즐겁고 색다른 지식의 장이 될 것으로 자부합니다. 특히 입시를 준비하는 학생들에게는 훌륭한 논술교재로도 활용할 수 있을 것입니다. [WHO&WHAT] “퀴즈쇼서 인간에 완승한 슈퍼컴 왓슨(Watson)을 만나다” [WHO&WHAT] 무덤에서 불러낸 독재자 4인의 가상만찬 ‘재스민 혁명’을 논하다 [WHO&WHAT] 천재소년 송유근, ‘우주비행 성공 50주년’ 맞아 유리 가가린을 만나다 [WHO&WHAT] ‘슈퍼히어로’ 스파이더맨, 정신과 전문의 김상준 원장과 상담하다 [WHO&WHAT] 지구수비대 지원한 인간형 로봇 ‘마루’ “아톰·태권V처럼 지구 지켜서…” [WHO&WHAT] ‘최악’ 통념 B형 男기자, 혈액형의 아버지 ‘란트슈타이너’에 따지다 [WHO&WHAT] ‘전 세계 여성의 로망’ 버킨백을 만나다 [WHO&WHAT] 선택 따라 전혀 다른 결과…”이렇게 검색하면 진리가 밝혀질까?” [WHO&WHAT] “남느냐, 떠나느냐” 희곡으로 본 어느 서재 도서들의 열띤 논쟁 [WHO&WHAT] ‘위대한 유산’ 남긴 간송미술관의 전형필, 그리고 우피치미술관의 메디치 [WHO&WHAT] 위대한 예술가 미켈란젤로, 그는 왜 라파엘로를 죽이고 싶었을까 [WHO&WHAT] ‘美우주왕복선은 초대형 폭탄이나 마찬가지’ 물리학자 파인먼의 폭로 [WHO&WHAT] 외규장각 도서 귀환으로 본 약탈문화재의 ‘수구초심(首丘初心)’ [WHO&WHAT] “재능만 주고 사랑은 주지 않던 나쁜 부모들” 유명 인사들의 회상기 [WHO&WHAT] 인류역사를 바꾼 ‘억세게 운 좋은 사내들’ 서바이벌 현장…과연 승자는? [WHO&WHAT] 소설 속 영국인 주인공 폴 웨스트 “파리서 1년 살아보니” [WHO&WHAT] 인류 첫 셀레브러티 ‘클레오파트라’… 베일 속의 그녀의 얘기 들어보니 [WHO&WHAT] 유전학의 창시자 수도사 멘델의 고백… “저, 유전학의 아버지 아니에요” [WHO&WHAT] 인간은 이기적 동물? 이타적 동물?…러시아 식물학자 니콜라이 바빌로프가 밝힌 유전자의 비밀 [WHO&WHAT] 아쉽게 놓친 노벨상’가상 수기’ 공모해보니[WHO&WHAT] 시간여행·생각읽기…인간들, ‘신의 영역’을 넘보다

유럽입자물리연구소(CERN)가 지난 23일 ‘빛보다 빠른 중성미자(뉴트리노)를 관측했다.’는 오페라(OPERA)팀의 연구 결과를 발표하자 세계 물리학계가 발칵 뒤집혔다. 유럽에서 들려온 충격적인 소식 뒤에는 한국 과학자들의 땀이 배어 있다. 11개국 국제공동연구인 오페라 실험에 2006년부터 참가 중인 한국측 연구 책임자 윤천실(55·물리학) 경상대 박사는 “160여명 연구진 대부분이 실험 결과를 인정했다.”고 말했다. 다음은 윤 교수와의 일문일답. →오페라 프로젝트에서 한국팀의 역할은. -오페라 실험은 뮤온 중성미자가 타우 중성미자로 진동변환(한 종류의 중성미자가 다른 종류로 바뀌는 현상)하는 것을 직접 관측하는 게 주목적이다. 한국팀은 실험 중 발생하는 타우 입자를 탐색하는 일에 참여한다. 우리가 제작한 입자의 궤적 연결 장치가 이탈리아 그란 사소 지하 실험실에 설치돼 있다. 이 실험 과정에서 속도 측정을 담당한 프랑스팀이 예상 밖으로 중성미자가 빛보다 60나노초(1억분의6초) 빨리 도착했다는 것을 측정한 것이다. →내부적으로 이번 연구 결과가 언제 알려졌고 그때 분위기는 어땠나. -프랑스 연구진이 올 초 리옹대의 박사 논문을 통해 ‘뉴트리노가 빛보다 빨랐다.’는 내용을 발표하면서 알았다. 너무 충격적인 결과라 외부 유출을 차단하면서 세미나 등을 열어 격론을 벌였고 데이터를 재차 검토했다. 실험 오차 등을 감안했을 때 해석을 떠나 데이터 자체는 의미 있는 것으로 생각해 발표를 결정했다. CERN에서는 지난 23일 해당 논문을 발표하기 전 연구 참여자들에게 “(의심스러워서) 사인 못하겠다는 사람은 (논문에) 서명하지 말라.”고 했다. 그런데 (160여명 중) 사인을 거부한 사람은 5명도 안 된다. →일본과 미국에서 진행된 같은 실험에서도 중성미자가 광속보다 빠르다는 결론이 난 적이 있나. -4년 전 미국에서 중성미자를 730㎞가량 쏘는 실험을 했을 때 중성미자 속도가 광속을 넘어섰다는 결론이 나왔고 논문도 펴낸 바 있다. 문제는 오차 범위가 100나노초 정도로 커서 신뢰도가 떨어졌다. 그러나 CERN의 실험에서는 오차 범위가 10나노초 정도로 줄었다. 60나노초보다 오차범위가 적기 때문에 우리 데이터는 신뢰할 수 있다. →중성미자의 속도와 관련해 앞으로 어떤 검증 과정을 거치게 되는 건가. -우리와 비슷한 시설을 갖춘 미국 시카고 페르미국립연구소에서 같은 실험을 해 동일한 결론이 나오고 우리도 같은 실험을 반복해 똑같은 결과를 얻는다면 신뢰도를 높일 수 있다. 유대근기자 dynamic@seoul.co.kr

“상대성이론은 과학계의 ‘바이블’(성경)이다. 만약 깨진다면 그 여파는 엄청날 수밖에 없다.” 김수봉(51) 서울대 물리천문학부 교수는 23일 서울신문과의 전화 인터뷰에서 “유럽입자물리연구소(CERN)가 ‘빛보다 빠른 중성미자(뉴트리노)를 관찰했다’고 발표한 것은 상당히 충격적인 내용”이라면서 “실험적 오류가 있었던 것 아닌가 하는 생각이 들 정도”라고 말했다. 김 교수는 뉴트리노 연구의 세계적 권위자다. 다음은 김 교수와의 일문일답. →물리학계에서는 뉴트리노가 빛보다 빨리 운동할 수 있을 가능성이 예견돼 왔나. -전혀 예상하지 못했다. 어제 출장에서 돌아와 보니 ‘빛보다 빠른 입자를 발견했다.’는 이메일이 와 있더라. 믿을 수 없는 일이라 스팸메일인 줄 알고 읽지도 않았다. 아직 해당 연구 내용에 대해 자세히 검토하지는 못했다. 중요한 것은 뉴트리노라는 특정 물질의 속도가 아니라 알베르트 아인슈타인의 특수상대성이론이 깨질 가능성이 제기됐다는 것이다. →만약 CERN의 발표가 사실이라면 그 여파는. -아인슈타인의 ‘빛보다 빠른 것은 없다.’는 주장은 물리학계에서 일종의 바이블이었다. 1905년 이 이론이 등장한 뒤 다양한 실험을 통해 검증이 됐고 모든 물리학이 특수 상대성 안에서 이상한 점 없이 잘 맞아떨어졌다. 여러 연구의 시작이었던 만큼 (만약 이 이론이 깨진다면) 충격은 상당할 수밖에 없다. 물리학계에서는 천동설이 지동설로 바뀌는 것 정도의 충격일 것이다. →CERN의 발표에 오류 가능성은 없나. -검토하기 전이라 뭐라 말하기는 어렵지만 일본과 미국에서 CERN과 같은 실험이 진행됐는데 이번 같은 경우는 발견되지 않았다. 이번 실험은 하나의 뉴트리노가 다른 종의 뉴트리노로 변환될 수 있는지를 확인하기 위해 진행된 것이다. 뉴트리노는 세 종류가 있는데 만약 서로 간 변환이 가능하다면 이 소립자가 질량을 갖는다는 뜻이다. 유대근기자 dynamic@seoul.co.kr

“만약 당신이 빛보다 빠른 속도로 메시지를 보낼 수 있다면 과거로도 전보를 부칠 수 있을 것이다. 그러나 애석하게도 세상에 빛보다 빠른 것은 없다.”(알베르트 아인슈타인) 현대 물리학계의 ‘진리’로 통했던 아인슈타인(1879~1955)의 특수상대성이론을 깨뜨릴 수 있는 도발적 주장이 제기됐다. 세계적 권위의 유럽입자물리연구소(CERN)가 “빛보다 빠른 물질을 발견했다.”고 밝혔다. 1905년 세워진 특수상대성이론에 따르면 불가능한 일이다. 만일 106년 동안 통했던 이론이 깨져 ‘초광속’으로 날아가는 물질이 등장한다면 이론상 ‘시간 여행’이 가능해진다. 또 다른 ‘코페르니쿠스적 전환’(천동설에서 지동설로의 인식 전환)의 기로 앞에 세계 물리학계는 “믿기 힘들다.”는 반응을 보이고 있다. 제임스 길리스 CERN 대변인은 22일(현지시간) 언론 인터뷰에서 “믿기 어렵지만 빛보다 빠른 소립자 중성미자(뉴트리노)를 측정했다.”고 밝혔다고 AP통신이 전했다. “결과가 너무 놀라워 오류를 찾으려 노력했으나 찾을 수 없었다.”고도 덧붙였다. CERN 측은 23일 관찰 보고서를 공식 발표하기에 앞서 전날 논문 초고를 온라인 사이트인 ‘ArXiv.org’에 올렸다. 다른 학자들의 비판을 듣기 위해서다. 길리스 대변인은 “실험 관련 정보를 자세히 공개해 다른 연구소에서 동일한 실험을 재현하도록 돕겠다.”고 말했다. 이번 발견은 뉴트리노를 스위스 제네바의 연구소에서 진공 상태인 땅속으로 732㎞ 떨어진 이탈리아 그란사소 실험실까지 보내는 3년여의 실험 과정에서 얻었다. 실험을 주도한 ‘오페라’ 팀 소속 물리학자들에 따르면 뉴트리노는 빛의 속도(초당 29만 9792㎞)보다 60나노초(nsec·10억분의1초) 빨리 목적지에 도착했다. 다국적 연구팀인 ‘오페라’에는 윤천실 경상대 물리학과 교수팀도 속해 있다. 이 작은 차이가 만들어 낼 변화는 혁명적이라고 뉴욕타임스는 전했다. 우선 광속을 뛰어넘는 물질이 있다면 ‘타임머신’의 제작이 가능해진다. “과거로 간다면 메릴린 먼로를 만나고 싶다.”던 천재 물리학자 스티븐 호킹의 꿈도 현실이 될 수 있다는 얘기다. 또 CERN의 발표가 맞다면 대표적 우주탄생 이론인 ‘빅뱅이론’(우주가 점 같은 상태에서 137억년 전에 대폭발이 일어나 팽창, 현재에 이르고 있다는 것)도 다시 써야 한다. 이 이론이 상대성이론에 기초해 세워졌기 때문이다. 또 ‘원인이 항상 결과에 앞서야 한다.’는 상식도 재검토해야 한다. ‘빛보다 빠른 입자’로 지목된 뉴트리노는 아원자입자(원자보다 작은 소립자) 가운데 ‘가장 기이한 입자’로 꼽혀 왔다. 마치 바람이 그물망을 빠져나가듯 벽과 행성을 자유롭게 통과할 수 있으며 3개의 다른 종이 서로 변환되는 특징을 갖는다. 한때 질량이 없는 것으로 알려져 빛의 속도로 여행할 수 있다는 주장이 나왔으나 1998년 실험을 통해 무게를 지닌 것으로 확인됐다. ‘아인슈타인의 속도계’가 깨질 위기에 놓이자 세계 과학계는 패닉에 빠졌다. CERN의 발견 내용이 알려진 22일 밤부터 물리학자들은 인터넷 블로그에서 논쟁을 벌이기 시작했고 대부분 “너무 충격적인 결과여서 세밀한 검증이 필요하다.”며 신중한 입장을 보였다. 앞서 2007년 미국 시카고의 페르미 연구소에서도 빛보다 빠른 입자를 발견했다는 주장이 나왔지만 측정 실수로 밝혀지기도 했다. 유대근기자 dynamic@seoul.co.kr

빛보다 빠른 물질이 존재할 수 있을까. 1905년 앨버트 아인슈타인(1879~1955년)이 발표했던 특수상대성 이론에 입각하면 그런 물질은 존재할 수 없다. 최근 스위스 유럽입자물리연구소(CERN)이 아인슈타인의 이론을 뒤집는 연구결과를 발표했다. CERN의 연구진들은 23일(현지시간) 빛보다 빠른 아원자입자의 속도를 측정하는 데 성공했다고 발표했다. CERN 주장에 따르면 제네바 인근 입자가속기(LHC)에서 두 개의 양자를 충돌시킨 뒤 730km 떨어진 이탈리아로 뉴트리노(중성미립자)를 발사하는 방식으로 속도를 측정한 결과 한 개가 60나노초(10억분의 1초)의 빛의 속력 장벽이 깨졌다. 이번 발견은 빛보다 빠른 물질은 존재할 수 없다는 아인슈타인의 특수상대성 이론을 뒤집는 내용이다. 현대 물리학 대부분의 이론들이 아인슈타인의 특수상대성 이론에 바탕을 두고 있다는 점을 고려하면 이번 연구결과가 사실로 입증될 경우 그 파장은 엄청날 것으로 예상된다. CERN은 이번 결과를 입증하기 위해서 이미 외국 과학자들에 검증을 요청한 상태다. 연구진들은 불변의 진리라고 믿었던 이론을 과학적으로 반박했다는 데 대단한 자신감을 내비치고 있다. 안토니오 에리디타토 연구원은 “우리는 실험 결과를 거듭 확인했기 때문에 결과를 왜곡시킬 만한 그 어떤 요소도 없었다고 자신한다.”고 말했다. 한편 아인슈타인의 특수상대성 이론에 따르면 질량과 에너지가 같기 때문에 두 물리량은 언제든지 상호 변환할 수 있다. 따라서 어떤 물질이 빛의 속도에 가까워질수록 질량은 늘어나고 이 속도를 유지하려면 에너지가 무한대로 필요해 빛보다 빠른 물질은 존재할 수 없다는 결론에 도달한 것이다. 강경윤기자 newsluv@seoul.co.kr

언뜻 보면 깜깜한 하늘에서 펼쳐지는 불꽃놀이를 담은 사진 같지만, 사실 위의 사진은 우리가 지금까지 단 한번도 직접 보지 못한 우주 빅뱅 입자가속기로 재현한 뒤 이를 컴퓨터 프로그램으로 촬영한 모습이다. 영국 일간지 데일리메일의 1일자 보도에 따르면, 컴퓨터 특수 프로그램으로 만든 이 이미지는 스위스 제네바에 기지를 둔 유럽원자핵공동연구소(CERN)가 공개한 것으로, 우주가 어떻게 탄생했는지를 알게 해주는 중요한 단서로 여겨진다. CERN 연구팀은 섭씨 영하 271도, 둘레 약 26㎞의 입자가속기에서 빛의 속도로 미립자를 충돌하게 한 뒤 충돌 순간을 컴퓨터로 촬영, 분석했다. 미립자들은 충돌 즉시 비규칙적으로 흩어지는데, 이때 모습은 비행기가 지나간 뒤 생기는 비행운(비행기 엔진에서 배출된 미소물질이 응결핵, 빙정핵이 되어 만들어지는 물방울이나 빙정구름)을 연상케 한다. 미립자가 충돌하면 원자들을 형성하는 기본적인 입자인 파이온(원자핵 안에서 핵자를 결합시키는 역할을 하는 소립자)에서 원자구성입자가 분리된다. 미립자들의 충돌 순간에 나타나는 푸른색은 높은 에너지를 뜻하며, 붉은색은 이보다 더 낮은 에너지가 방출됐다는 것을 의미한다. 크리스틴 서튼 CERN 대변인은 “우주에는 원자들이 빌딩 벽돌처럼 쌓여있는 원자구성입자가 무수히 흔하다.”면서 “이것들을 연구하면 우주가 맨 처음 어떻게 탄생했는지, 우주의 시초를 알 수 있을 것”이라고 설명했다. 서울신문 나우뉴스 송혜민기자 huimin0217@seoul.co.kr

“지금은 인류가 수천년 동안 궁금해했던 ‘우리는 어디서 왔는가’란 물음에 대한 해답을 얻기 직전입니다. 늦어도 내년 여름이면 약 140억년 전 태초(太初)의 신비가 상당 부분 규명됩니다. 현대물리학의 기본 틀을 형성하고 있는 가설이 맞는지를 확실히 알 수 있게 되는 것이지요. 이를 통해 과학은 이전에 이뤄낸 모든 성과의 총합보다 더 많은 것을 얻어내게 될 것입니다.” 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 롤프 디터 호이어(63) 소장은 들떠 있었다. 14일 서울신문과 단독으로 가진 이메일·전화 인터뷰에서 전 지구적 과학계의 이목이 쏠려 있는 ‘힉스(Higgs) 입자’ 규명이 당초 계획보다 6개월쯤 앞당겨져 내년 여름에 가능할 것이라고 자신했다. CERN의 수장이자 가속기 분야의 세계적 권위자인 그는 현재 ‘인류 최대의 실험’을 진두지휘하고 있다. CERN은 7조원에 가까운 예산이 투입된 지구 최대의 대형 강입자 가속기(Large Hadron Collider·LHC)를 2008년부터 가동하며 지구와 우주의 기원을 탐구하고 있다. LHC는 스위스와 프랑스 국경 일대 100m 지하에 마련된 직경 9㎞, 길이 27㎞의 원형 터널에 구축돼 있다. 호이어 소장과의 인터뷰는 기초기술연구회가 주선하고 최선호 서울대 물리천문학부 교수의 의견을 받아 진행됐다. →CERN이 진행하는 전 지구적 프로젝트가 과학계에는 초미의 관심사이지만 일반인에게는 그 개념조차 어려운 것 같다. -한마디로 138억년 전 우주를 탄생시킨 빅뱅(대폭발) 직후의 상황을 재현하는 작업이다. 2개의 양성자 빔을 LHC 내에서 광속(光速)에 가깝게 가속시킨 뒤 정면으로 충돌시키는 것이 핵심이다. 이를 통해 우주를 구성하는 데 관여한 16개 입자(표준 모형)의 질량을 정의해 낸 힉스입자의 존재를 확인하는 게 우리의 목표다. 태초에 만들어졌지만 지금은 찾을 수 없는 반(反)물질을 추적하는 것도 우리가 우주의 진화를 규명하는 데 중요하다. 실험에 참여하는 과학자들은 필사적이다. 이번에 힉스 입자를 규명하지 못하면 현대물리학이 세운 대부분의 이론은 갈 길을 잃게 된다. 당분간 새로운 형태의 대규모 실험을 시도할 명분도 사라질 수밖에 없다. →현재 진척도는 어느 정도인가. -다행히 LHC가 기대 이상으로 훌륭한 성능을 발휘하고 있다. 물리학에서는 실험을 통해 데이터를 얼마나 쌓느냐가 중요한데, 올해의 경우 고작 절반 정도 지난 상황에서 연간 목표량을 웃돌고 있다. 현재 진행 속도와 데이터 분석 시간을 감안하면 내년 6월쯤이면 힉스 입자를 발견하거나 아니면 존재하지 않는다는 것을 확실히 알 수 있다. →당초 발표보다 6개월가량 빠른데. -그렇다. 예상보다 실험이 훨씬 더 원활하게 진행되어 태초의 신비에 더욱 빠르게 근접하고 있다. 힉스 입자가 발견된다면 우리는 ‘표준 모형’을 완성할 수 있다. 그게 아니면 사실상 처음부터 다시 시작해야 한다. 어느 쪽이든 획기적인 발견이라고 할 수 있다. 다만 힉스 입자를 발견하더라도 우리 연구진이 ‘유레카’라고 외칠 수 있는 시간이 없다는 점은 아쉽다. 워낙 짧은 시간만 존재할 게 뻔하기 때문이다. →순식간에 소멸되는 힉스 입자의 존재 여부를 확인할 수 있는 방법이 있나. -이미 수많은 과학자들이 이론물리학을 통해 토대를 닦아 놓았다. 시나리오에 따르면 힉스 입자는 사라지면서 다른 입자들을 만들어낸다. 이 입자들은 힉스 입자보다 좀 더 오랜 시간 동안 남아 있게 되는데, 우리는 이를 힉스 입자의 흔적으로 여긴다. 어떤 형태로 나타나는지까지도 알고 있다. 이런 특이한 패턴이 우리가 설정한 예상치보다 많이 나오는 일이 반복되면 힉스 입자가 있는 것으로 볼 수 있고, 그렇지 않다면 힉스 입자가 없다고 판단할 수 있다. 다만 확실한 증거를 확보하기 위해 많은 양의 데이터가 필요하다. 다시 말해, 내년 6월이면 이를 단언할 만큼 충분한 데이터를 얻고 분석을 마칠 수 있다. →최근에 가시적인 성과들이 부쩍 늘었다고 들었다. -지난달 CERN이 보유한 반양성자 감속장치(AD)에서 반물질(반수소)을 1000초(16분 40초) 동안 포착하는 데 성공했다. 이전에도 반물질을 만든 적은 있었지만, 이렇게 오랜 시간 잡아둔 적은 없었다. 반물질은 물질과 만나는 순간 함께 사라지기 때문에 우리 연구진은 극저온 냉동기술을 동원해 반수소를 잡아두는 기술을 개발해냈다. 이제는 잡아둔 반수소의 속성을 연구하는 단계에 접어들었다. 이 과정을 거치면 왜 반물질이 사라졌는지에 대한 해답을 얻을 수 있다. →힉스 입자의 존재 유무를 입증하고 나면, 그다음 단계는 무엇인가. -CERN에서 이뤄지는 모든 연구는 긴 안목의 장기 프로그램들이다. 막대한 예산이 투입된 장비인 만큼 처음 목표를 달성하면 그다음 단계에서 무슨 실험을 할지 계획을 짜 놓은 상태다. 우선 내년 힉스 입자 실험이 1차 완료되면 내년 말 가동을 중단한다. 현재의 에너지를 두배로 늘리기 위한 작업을 1년간 진행한 후 2014년에 다시 가동을 시작한다. 또 몇 년간 가동하고 다시 정지시켜 개선하는 작업이 반복될 것이다. 매 간격마다 우리는 좀 더 발전된 형태로 과학적 진리에 다가가게 될 것이다. →전 세계 60여개국, 1만여명의 과학자를 이끌고 있다. 어려움은 없나. -국적도, 전공도 다른 과학자들이 함께 작업하지만 의외로 어려움은 없다. 이들이 모두 같은 목표를 갖고 있기 때문이다. 목표를 향한 공통된 집념은 연구 생산성도 자연스럽게 높여 준다. 한국이 추진하고 있는 국제과학비즈니스벨트도 마찬가지다. 이런 대형 과학 프로젝트는 결코 전통적인 형태의 닫힌 조직으로는 진행할 수도, 성공할 수도 없다. 시작 단계부터 분업과 협업을 유기적으로 이룰 수 있는 조직을 만드는 것이 중요하다. →한국의 국제과학비즈니스벨트에서도 핵심은 중이온가속기다. 어떻게 운용해야 경제성과 효율성을 동시에 추구할 수 있을 것으로 보나. -사람들의 예상과 달리 CERN을 운영하는 데는 고작 일개 대학의 예산 정도만 필요하다. 60년 전 CERN이 처음 만들어질 때 채택된 예산 조달 방식 덕분이다. CERN은 비용을 균등하게 나누고, 얻어지는 이익도 함께 나누는 구조다. 무엇보다 이런 거대 작업을 통해 얻어지는 이익 자체가 상상 이상으로 크다는 점이 중요하다. 과학벨트도 가속기를 중심으로 하고 있는 만큼 한국 내 기업과 대학, 연구소는 물론 해외 투자자를 모집할 수 있다. 기초과학은 새로운 지식을 사회에 불어넣는 선순환 고리에서 핵심적인 요소다. 과학에 대한 투자는 이런 고리가 끊어지지 않도록 하는 기본적인 부분이라는 점을 잊지 말라. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr ■ 약력 및 용어클릭 ●롤프 디터 호이어(Rolf-Dieter Heuer) 실험입자물리학자로, 거대 가속기 건축과 운영의 세계적 권위자다. 1948년 독일 괴팅겐에서 태어났다. 슈투트가르트대에서 물리학을 전공한 후 하이델베르크대에서 박사학위를 받았다. 1984년부터 1998년까지 CERN에서 근무하며 우주입자 추적 시스템을 구축했다. 1998년 함부르크대 물리학과장을 맡으며 전자-양전자 충돌기 실험에 대한 이론을 세계 최초로 정립했다. 가속기·광 과학·입자물리학을 연구하는 독일 전자싱크로트론 연구소에서 고에너지 연구부장을 지낸 후 2007년 12월 CERN 소장으로 선출됐다. 기초기술연구회 1호 과학자문위원으로 각종 과학정책에도 조언하고 있다. ●힉스(Higgs) 입자 빅뱅 직후, 우주 만물을 이루는 16가지 입자에 질량을 부여한 것으로 추정돼 ‘신의 입자’로 불린다. 1964년 영국 물리학자 피터 힉스가 제안해 이름 붙여졌다. 16가지 입자가 모두 발견돼 힉스의 존재가 확인되면 현대물리학의 표준 이론이 완성된다. 만약 존재하지 않는 것으로 밝혀지면, 입자물리학은 원점으로 돌아가게 된다. ●반(反)물질·반(反)입자 물질은 원자, 원자는 입자(양성자·중성자·전자)로 구성된다. 입자와 성질이나 질량은 같지만 전하값(+ 또는 -)은 반대인 입자를 반입자(반양성자·반중성자·반전자)라고 하며, 이들로 구성된 물질을 반물질이라고 한다. 우주가 탄생할 때 같은 수의 입자와 반입자가 만들어졌지만, 현재는 자연상태에서 물질과 입자만 존재한다. 입자와 반입자는 만나면 함께 소멸하는데 반입자가 사라지고 입자만 남은 원인을 찾으면 우주 진화의 방향을 알 수 있다. 서울신문·기초기술연구회 공동기획

국제 과학자들이 우주의 기원을 밝히는 데 결정적인 단서가 될 반물질(antimatter)을 16분여 동안 붙잡아 두는 데 성공했다. 137억년 전 우주가 ‘빅뱅’(대폭발)을 통해 어떻게 탄생했는지 규명하는 데 획기적인 진전을 이룬 것으로 평가된다. 유럽 입자물리연구소(CERN)는 5일 알파(ALPHA) 연구팀이 반수소를 1000초 동안 포착하는 데 성공했다고 물리학 전문지인 ‘네이처 피직스’를 통해 발표했다. 반수소는 수소와 질량은 같지만 반대의 전하를 띤 물질이다. 세계 최대의 강입자가속기(LHC·입자 빔을 광속에 가까운 속도로 충돌시켜 빅뱅 직후 상황을 재현하는 장치)를 운영하는 CERN은 지난해 11월 반수소를 0.172초동안 보존해 붙잡아 두는 데 처음 성공했었다. 과학자들은 앞서서도 반수소를 만들었으나 생성되자마자 물질과 충돌해 소멸했기 때문에 물질을 자세히 분석하기 어려웠다. 연구진이 이번 실험에서 반물질을 생성해 무려 16분여 동안 붙잡아 두는 데 성공함에 따라 향후 반물질의 정체와 빅뱅 이후 우주의 생성이 어떻게 전개됐는지를 가려내는 데 적지 않은 진전을 거둘 것으로 기대된다. ‘빅뱅이론’에 따르면 우주는 태초에 한 점에 모였던 질량 및 에너지가 광속보다 훨씬 빠른 속도로 급속히 팽창해 폭발하면서 탄생했다. 과학자들은 대폭발 이후 물질과 반물질이 똑같은 양으로 만들어졌지만 알려지지 않은 이유로 반물질이 모두 사라지면서 현재처럼 물질만 가득 찬 세계가 됐다고 추측한다. 물리학자들은 반물질의 정체를 분석하면 우주 탄생의 비밀을 밝혀낼 수 있을 것이라는 기대를 품고 오랫동안 반물질 연구에 매달려 왔다. 반수소의 원자를 포착하면 레이저나 초단파 분광기를 이용해 반수소의 구조를 더 정확히 그려낼 수 있고, 수소 원자와 비교하는 것이 가능해진다. 또 반물질에 중력이 미치는 영향을 측정하는 데 필요한 접근법을 확보할 수 있게 된다. 알파 연구팀은 올해 하반기에 포착된 반수소를 측정하는 연구를 진행할 예정이다. 유대근기자 dynamic@seoul.co.kr

노벨 물리학상 수상이 유력한 후보 중 한 명으로 꼽히는 김영기(49) 미국 페르미국립가속기연구소(이하 페르미랩) 부소장은 국내에 들어설 중이온가속기에 대해 큰 기대감을 표하면서 “과학기술 선진국의 조건을 갖추는 것”이라고 반겼다. 김 부소장은 19일 오전 서울 역삼동 르네상스호텔에서 가진 기자회견에서 “국제과학비즈니스벨트(이하 과학벨트)와 중이온가속기의 성공 여부는 국제협력에 달려 있다.”며 이 같은 견해를 밝혔다. 다음은 김 부소장과의 일문일답. ●“가속기 개념설계 표절 대상 아니다” →과학벨트에 중이온가속기가 설치되는데. -가속기는 국제 과학기술 경쟁에서 한 국가의 수준을 가늠하는 중요한 잣대가 된다. 국내에 계획되고 있는 것은 희귀동위원소의 종류나 양에서 세계적으로 가장 앞서 있다. 먼저 해낸다면 과학기술 선진국 대열에 금방 진입할 수 있다. 빠르면 빠를수록 좋다. →국내 과학 인프라가 부족한데 해결책은. -수준 높은 과학자를 양성해야 한다. 단시일에는 안 된다. 우리는 아직 경험이 없다. 따라서 국제협력이 바람직하다. 우리도 무엇을 하는지 알아야 하고 배워야 한다. 지식이나 과학기술은 빨리 알수록 좋기 때문에 서로 도와가며 경쟁해야 한다. →페르미랩과의 협력은 어떻게 되나. -한국과 페르미랩은 1970년대 초부터 입자물리 실험에서 검출, 데이터 분석 등에 협력해 왔다. 지난해 6월 교육과학기술부와 가속기 분야에서 협력하기로 협약을 맺었다. →가속기가 미국의 설계를 베꼈다는 의혹이 제기됐는데. -어떤 교류가 있었는지 모르겠지만 표절로 보기엔 무리가 있다. 설계 자체는 기술적 성과이지 과학적 업적은 아니다. 다른 나라에서 나오는 개념 설계는 인터넷 홈페이지에만 가도 다 볼 수 있고, 누구든지 쓸 수 있다. 출처를 밝힐 필요는 없다. 과학계는 산업체처럼 이익을 따지는 분야가 아니기 때문에 서로 도와주고 협력한다. 나도 일본 쪽 국제자문위원인데, 미국보다 더 잘하라고 조언을 하기도 한다. →가속기 설계비 10억~20억원은 지나치게 많지 않은가. -설계하는 데만 8개월에 10억~20억원이 들었다면 대략 100만 달러 정도인데, 100만 달러는 미국에서 대여섯 명이 1년에 연구하는 비용밖에 안 된다. 미국 것을 참고하더라도 내용을 연구하고 알아야 하기 때문에 그 정도면 아주 싸다고 본다. 국내 가속기 건설비용 4600억원도 결코 과다한 금액이 아니다. 미국은 총예산이 5000억원인데, 한국과 달리 인건비와 실패했을 때를 대비한 비용(30~40%)이 포함돼 있다. ●“기초과학 튼튼히 해야 노벨상 뒤따라” 이날 인터뷰에서 김 부소장은 노벨상 수상 가능성에 대한 질문에 “아직 많이 부족하다.”며 손사래를 쳤다. 그는 이어 “노벨상은 가능성 있는 한 사람한테만 투자한다고 해서 받을 수 있는 게 아니다.”면서 “급하게 서두르지 말고 기초과학을 튼튼히 하면서 다양한 분야에서 다양한 연구를 하다 보면 노벨상은 자연히 뒤따를 것”이라고 말했다. 시카고대 물리학과 교수이기도 한 김 부소장은 80학번으로 고려대 물리학과에 진학해 국내에서 석사과정을 마친 뒤 도미, 1990년 로체스터대에서 박사 학위를 받았다. 이후 버클리대 물리학과 교수로 재직하던 그는 시카고대 물리학과 시드니 네글 교수와 결혼했다. 그 후 2003년 남편을 따라 시카고대로 옮겼으며, 2006년 페르미랩 부소장 자리에 올랐다. 유럽입자가속기연구소(CERN) 강입자가속기(LHC) 위원회, 일본 양성자가속기연구소(JPARC) 국제자문위원회 등에 소속된 그는 가속기 분야에서 자타가 공인하는 세계적인 과학자로 인정받고 있다. 글 이영준기자 apple@seoul.co.kr 사진 류재림기자 jawoolim@seoul.co.kr

　부산대 유인권(44·물리학과) 교수 연구팀이 소속된 STAR연구팀이 인류역사상 가장 무겁고 안정적인 반(反)물질 원자핵을 세계 최초로 발견했다. 　유 교수팀 등 12개국 54개 연구기관으로 구성된 중이온 충돌실험에 관한 국제연구그룹인 STAR연구팀은, 최근 미국 뉴욕주 롱아일랜드에 있은 상대론적 중이온충돌기(RHIC)를 이용한 ‘고에너지 금핵-금핵 충돌실험’에서 ‘반물질 헬륨4 원자핵’을 최초로 발견하는데 성공했다. 연구팀은 2000년부터 10년이 넘는 연구 끝에 중이온 충돌실험에서 반물질 원자핵 헬륨4를 18개나 검출했다. 　입자물리학계는 이 연구 성과가 앞으로 우주 탄생의 비밀을 밝히는데 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 과학계는 137억년 전 우주가 대폭발, 즉 빅뱅을 일으켜 탄생했다고 보고 있다. 이 과정에서 물질과 반물질이 생겼는데 반물질은 모두 사라져 버려 지금까지 의문으로 남아 있다. 　실험 내용을 담은 이 논문(Observation of the antimatter helium-4 nucleus)은 세계적인 과학저널인 네이처 최신호에 실렸다. 　헬륨4 원자핵은 지금까지 인류가 발견한 반물질로서는 가장 무거운 원자핵이다. 과학계는 헬륨4 원자핵보다 더 무겁고 방사성 분열을 하지 않는 반물질 원자핵종을 발견할 확률은 이번 발견 과 비교해 100만분의 1, 또는 그 이하로 희박하다고 보고 있다. 따라서 이번 발견은 인류가 찾은 가장 무거운 반물질 원자핵으로 기록될 전망이다. 　물리학의 가장 큰 수수께끼 중의 하나는 빅뱅 초기에 같은 양으로 생성됐을 물질과 반물질 중에서 ‘왜 지금의 세상은 오로지 물질로만 구성됐을까’하는 의문이었다. 　유 교수는 “이번 발견은 올해 국제우주정거장에 설치돼 우주로부터 날아오는 반물질을 탐색하게 될 AMS 실험과도 직결돼 있고, 앞으로 스위스 선(CERN) 등에서 진행 중인 반물질 연구에도 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다. 그는 이어 “CERN에서 세계 최대의 가속기인 강입자 충돌기에서 미국의 상대론적 중이온충돌기보다 무려 수십배의 에너지로 중이온충돌 실험이 진행되고 있어, 어떤 반물질이 얼마나 발견될 것인지에도 관심이 모아지고 있다.”고 말했다. 　##반물질(反物質·antimatter)이란? 보통의 물질을 구성하는 소립자(양성자, 중성자, 전자 등)의 반입자(반양성자, 반중성자, 양전자 등)로 구성되는 물질을 말한다. 입자와 반입자가 만나면 상호작용해 감마선이나 중성미자로 변하기 때문에 존재를 확인하기 어렵다. 지금까지 전자의 반물질인 양전자, 양성자의 반물질인 반양성자가 발견됐다. 이번에 발견된 반물질 헬륨원자핵 4는 이들보다 각각 8000배, 4배정도 무겁다. 　인터넷서울신문 event@seoul.co.kr

■ Mr. Concern(걱정) 샤프 주한미군사령관 美 청문회서 밝힌 고민거리 3가지 12일(현지시간) 미 상원 군사위 청문회에 출석한 월터 샤프 주한미군사령관이 한반도 안보상황과 관련해 ‘걱정’이라는 단어를 유난히 많이 입에 올려 눈길을 끌었다. 그는 2008년 6월 부임 이후 3년 가까이 근무하면서 북한의 핵실험, 미사일 발사, 천안함 사건, 연평도 포격, 우라늄 핵개발 등 역대 어느 주한미군사령관보다 다양한 형태의 도발을 겪었다. 샤프 사령관은 현안 보고에서 “나의 첫 번째 걱정은 북한의 급변사태 가능성”이라면서 “황폐한 산업과 식량부족, 영양실조로 인해 북한이 불안정 상황으로 급속히 치달을 가능성이 있다.”고 밝혔다. 경제난으로 인한 체제붕괴 가능성을 강력히 시사한 것이다. 샤프 사령관은 이전에도 급변사태 가능성을 언급하긴 했지만, ‘급속히’라는 표현을 쓰기는 처음이다. 그는 이어 “나의 두 번째 걱정은 북한이 핵과 미사일을 개발하는 데 힘을 쏟는 것”이라고 말했다. 샤프 사령관은 “북한은 현재 800개 이상의 탄도 미사일을 보유하고 있다.”며 세간의 추측을 확인하고, “이 미사일들은 한국과 일본은 물론 괌과 알류샨열도까지를 사정권으로 한다.”고 지적했다. 그는 또 “2009년 대포동 미사일 실험은 과거보다 훨씬 성공적이었다.”면서 “그대로 둔다면 북한은 미국 본토를 위협할 수 있는 대륙간탄도미사일(ICBM)도 개발할 것 같다.”고 내다봤다. 북한이 향후 5년 안에 ICBM을 개발할 수 있을 것이라고 전망한 로버트 게이츠 국방장관의 의견에도 동감을 표시했다. 샤프 사령관은 “북한은 여러 개의 핵무기를 만들 수 있는 플루토늄을 갖고 있는 것으로 평가된다.”면서 “김정일 국방위원장이 핵무기를 포기할 것으로 생각하지 않는다.”고 밝혔다. 한 의원이 “가장 걱정되는 것을 하나 꼽아 보라.”고 하자 샤프 사령관은 “핵과 미사일도 걱정이지만 주된 걱정은 북한의 추가 도발 가능성”이라고 답했다. 지금은 북한이 양보와 식량을 요청하고 있지만 과거의 행태를 봤을 때 다시 도발을 감행할 가능성이 있다는 것이다. 추가 도발에 대한 대책은 있느냐는 질문에 샤프 사령관은 “지난해 11월 연평도 포격 이후 미군과 한국군은 도발을 억지하기 위한 확고한 계획을 갖추고 있다.”면서 “특히 한국의 한민구 합참의장은 북한의 추가 도발 시 즉각 응징하라는 지침을 (한국군에) 내렸다.”고 밝혔다. 워싱턴 김상연특파원 carlos@seoul.co.kr ■ Mr. Release(석방) 한국계 미국인 북 억류… 카터 이달말 방북으로 푸나 미국인 1명이 북한에 억류돼 있다고 미 국무부가 12일 밝혔다. 마크 토너 국무부 대변인 대행은 브리핑을 통해 “억류된 미국인을 인도주의적 차원에서 석방해 주기를 북한 정부에 촉구한다.”면서 “북한이 이 미국인을 국제인권법에 맞게 존중하고 처우해 줄 것을 요구한다.”고 밝혔다. 그는 평양 주재 스웨덴 대사관을 통해 억류 미국인에 대한 영사적 접근을 했다고 덧붙였다. 하지만 그는 억류 미국인의 신원 등에 대해서는 개인정보보호법을 이유로 밝히지 않았다. 구체적인 억류 경위나 시기 등에 대해서도 언급을 피하면서 “이 미국인의 북한법 위반 여부에 대해서는 정보가 없다.”고 말했다. 이와 관련해 워싱턴의 외교 소식통은 “이 미국인이 수개월 전부터 억류돼 있었다.”고 전했다. ABC 방송은 익명의 국무부 고위 당국자의 말을 인용해 이 미국인이 지난해 11월 북한에 억류됐다고 보도했다. CNN 방송은 억류 미국인이 한국계 미국인 남성 기업인이며, 북한의 입국사증(비자)도 갖고 있다고 전했다. 평양 주재 스웨덴 대사관은 억류 미국인에 대한 정례적 방문을 허용해 줄 것을 북한 당국에 요청한 것으로 알려졌다. 미국인이 북한에 억류된 것은 버락 오바마 행정부 출범 이후 네 번째다. 2009년 3월 미국 국적의 여기자 2명이 탈북자 관련 취재 중 중국과 북한 간 국경을 넘었다가 체포된 뒤 빌 클린턴 전 대통령이 방북해 5개월 만에 석방됐고, 12월에는 대북인권 활동을 하던 미국 국적의 재미교포 로버트 박이 북한에 무단 입국했다가 억류된 뒤 추방됐다. 2010년 1월에는 미국인 아이잘론 말리 곰스가 북한에 무단으로 들어갔다가 억류된 뒤 지미 카터 전 대통령의 방북을 통해 7개월 만에 풀려났다. 토너 대변인 대행은 이번 억류 미국인이 이달 말 방북할 예정인 카터 전 대통령을 통해 석방될 수 있느냐는 질문에 즉답을 피했다. 다만 그는 “카터는 이런 분야의 전문가”라고 언급해 가능성을 배제하지 않았다. 워싱턴 김상연특파원 carlos@seoul.co.kr