중성미자 발견 60주년, 『불멸의 원자』로 물리학을 탐구하다

2016년 6월 16일 페르미 연구소의 페이스북 담당자는 생일 케이크 사진 하나를 올렸습니다. 사람 생일을 기념하는 게 아니라 입자의 생일을 기념하는 것입니다. 중성미자라는 기본 입자의 발견 60주년을 기념하는 것이지요.

(사진: 페르미 연구소)

이날 로스 앨러모스의 레인스와 코원이 중성미자를 검출했음을 알리는 전보가 이 입자를 예언했던 볼프강 파울리에게 전달되었습니다.

(사진: 페르미 연구소)

그리고 한 달 여 뒤인 1956년 7월 20일 《사이언스》를 통해 논문으로 정식 발표되었지요. 《사이언스》 [바로가기]

중성미자는 약한 상호 작용만 하는 입자로 말 그대로 “겨우 존재하는 것”입니다. 워낙 상호 작용을 안 해 우리 몸도, 지구도, 별도 모두 다 뚫고 지나갑니다. 그래서 발견도 감지도 겨우겨우 할 수 있죠. 하지만 이 중성미자로 9명의 노벨 물리학상 수상자가 나왔고, 항성의 내부도 들여다보는 강력한 천문 관측 수단의 핵심 요소가 되고 있습니다.

이론 물리학자 이강영 경상대 교수님은 한 글에서 아래와 같이 얘기했습니다.

중성미자가 보이지 않는 이유는 원자가 보이지 않는 이유보다 더 근본적이고, 더 강력하다. 중성미자는 전기적으로 중성이기 때문에 빛과 아예 상호 작용을 하지 않기 때문이다. 따라서 중성미자는 우리가 보통 말하는 의미로는 정말로 보이지 않는다. 중성미자는 오직 베타 붕괴를 일으키는 힘인 약한 핵력을 통해서만 상호 작용하며, 따라서 중성미자를 보기 위해서는 약한 상호 작용을 통해야 한다. 그러므로 중성미자를 본다는 것은 기존의 본다는 개념을 더욱 확장한, 완전히 새로운 개념이다.

중성미자를 통해 ‘본다.’는 것의 의미가 확장됐다는 것이지요. 물리학은 보지 못하던 것을 보게 되는 과정입니다. 겨우 존재하는 것들, 보이지 않는 것들을 통해  존재하는 것들을 이해하고 세계를 보는 것. 이것이 물리학입니다.

필멸의 물리학자들이 좇는 불멸의 꿈을 소개하는 물리학 에세이 이강영의 『불멸의 원자』가 곧 출간됩니다.