사라진 중성미자를 찾아서

사라진 중성미자가 남긴 수수께끼,

중성미자의 발견은 시작에 불과했다

가까스로 찾아낸 중성미자가 감쪽같이 사라져 버렸다

이 책은 유령입자라는 이름으로 탄생한 중성미자가 원자로의 방사선을 통해 그 모습을 드러내면서 시작한다. 중성미자가 세상에 존재하게 되면서 별의 탄생과 진화의 동력이 밝혀졌고, 우주를 구성하는 기본 입자와 힘들의 정체가 하나씩 드러났다. 있어도 없는 듯한 중성미자를 찾아내고, 알다가도 모를 듯한 중성미자의 성질을 밝혀내는 과정은 수수께끼의 연속이었다. 그러나 어쩌다 찾아낸 중성미자의 흔적은 새로운 우주를 열어 주었다. 입자를 부수는 약력이 태어났고, 수십억 년을 밝게 빛나는 태양의 원리가 밝혀졌고, 이제 반물질과 암흑물질의 정체가 드러날 것으로 기대되고 있다.

중성미자에는 여전히 감춰진 비밀이 많다. 일본과 미국을 비롯한 전 세계 각국은 엄청난 예산을 쏟아 부어 거대한 실험 장치를 건설하고 있다. 왜 이렇게 뛰어난 과학자들이 많은 돈을 들여 중성미자를 연구하는 걸까? 무엇을 알고 싶어하고, 어떤 방법으로 그것을 찾고 있을까? 그리고 우리는 무엇을 하고 있을까?

지은이 : 박인규

프랑스 파리 11대학에서 입자물리학 전공으로 박사 학위를 받았다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 다양한 실험에 참여했고, 미국 예일대학교와 로체스터대학교에서 박사후연구원으로 근무했다. 현재는 서울시립대학교의 물리학과 교수로 재직 중이다. CERN의 CMS(Compact Muon Solenoid) 국제공동연구를 진행 중이고, 서울시립대학교의 자연과학연구소 소장으로 활발한 활동을 펼치고 있다. 옮긴 책으로 『물리로 이루어진 세상』, 『일상 속의 물리학』, 『이토록 아름다운 물리학이라니』 가 있다.

글을 시작하며

이 책의 주요 등장인물

| 1부 | 간신히 찾아내다

1장 생일 축하해요, 중성미자!

- 미스터리의 베타붕괴

- 에너지 보존은 잘못된 믿음이었나

- 새로운 입자가 필요하다

- 유령입자의 탄생

2장 세상을 지배하는 네 개의 힘

- 눈에 보이는 세상을 만드는 힘

작은 세상을 만드는 전자기력 | 큰 세상을 만드는 중력

- 눈에 보이지 않는 세상을 움직이는 힘

핵자를 묶는 강력 | 입자를 깨는 약력

- 약력의 탄생

페르미 상호작용 | 약력의 현대적 해석 | 입자와 힘, 그리고 표준모형

3장 모습을 드러낸 중성미자

- 스파이로 불렸던 천재

불가능을 꿈꾸었던 과학자 | 공산주의자라는 꼬리표 | 그는 정말 스파이였을까

- 기다림의 시작

원자로에서 쏟아져 나오는 중성미자 | 중성미자를 찾아낼 기막힌 방법 | 값싼 드라이클리닝 세제를 이용해 보자 | 이제 공은 한가한 신임 연구원에게

- 원자탄을 터트려라

원자탄은 중성미자 폭탄 | 원자탄이냐 원자로냐, 꿩 대신 닭으로 | 역베타붕괴를 찾아서

- 고스트 버스터즈

유령입자 탐험대 | 마침내 유령을 찾아내다

| 2부 | 감쪽같이 사라졌다

4장 중성미자는 태양에서도 나온다

- 태양의 엄청난 에너지

태양은 어떻게 빛을 내는가

- 별이 빛나는 이유

핵융합으로 헬륨을 만들다

- 지구로 날아오는 수많은 태양 중성미자

5장 그 많던 중성미자는 어디로 갔을까

- 집념의 사나이

계속되는 실패 | 그렇다면 태양 중성미자를 찾아 보자

- 태양을 가장 잘 아는 물리학자

지하 광산에 꾸린 실험실 | 이론과 실험이 다를 때, 우리는 문제라고 부른다

- 태양 중성미자의 수수께끼

새로운 실험이 필요하다 | 수수께끼의 실마리

6장 중성미자는 카멜레온

- 기본 입자들

21세기판 신 4원소설 | 또 다른 중성미자의 발견 | 입자와 반입자

- 진동하는 중성미자

여성과 남성의 정의 | 중성미자의 섞임 중성미자의 맥놀이 | 변신하는 중성미자

| 3부 | 정체를 알고 싶다

7장 천문학이 된 중성미자

- 중성미자는 어디에서 오는가

초신성에서 오는 중성미자 | 대기 중성미자

- 카미오칸데

대통일 이론 | 양성자 붕괴를 찾아라 | 중성미자 검출기로 다시 태어나다

- 400년 만에 찾아온 행운

중성미자 천문학의 탄생 | 행운은 준비하고 기다리는 사람에게 찾아온다

* 레이 데이비스와 고시바 마사토시 - 2002년 노벨상은 치열한 기다림의 보상

연구소에 출근하는 88세의 노학자 | 고시바의 선견지명

8장 중성미자의 변신을 목격하다

- 슈퍼-카미오칸데

세상에서 가장 큰 물탱크를 만들어라 | 땅속 깊이 들어가야 피할 수 있다 | 노벨상을 결정한 한 장의 그래프 | 땅 속에서 태양을 보다

- 서드베리중성미자관측소

무거운 물 | 중수, 중성미자, 중성흐름의 삼중주 기막힌 협상 | 태양 중성미자의 수수께끼를 풀다

* 도쓰카 요지와 허버트 첸 - 2015년 노벨상의 엇갈린 운명

살아있는 사람에게만 주어지는 노벨상 | 거대 실험을 이끈다는 행운 | 공동 연구에서 대표가 된다는 것 | 노벨상은 누구에게, 무엇에 주어지는가

9장 중성미자 전성시대

- 거대한 꿈을 좇는 사람들

하이퍼-카미오칸데 | 듄

- 다중신호 천문학

호수로, 바다로, 남극으로 | 새로운 천문학의 시대를 열다

- 남아 있는 질문들

디랙이냐, 마요라나냐 | 사라진 천재 | 중성미자 없는 베타붕괴 | 오른손잡이 중성미자도 있을까 | 비활성 중성미자를 찾아라

글을 마치며

참고 자료

그림 출처

중성미자 연구 주요 이정표

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