NEWTON HIGHLIGHT 소립자란 무엇인가?

우주의 모든 물질은 소립자로 구성되어 있다

‘이 세상의 물질을 잘게 나누어 가면 마지막에는 무엇이 될까?’라는 의문은 고대 그리스 시대부터 시작되어 19세기의 과학자들에게도 이어졌다. 과학자들은 마침내 분자와 원자를 알게 되었고, 원자는 전자와 원자핵으로 이루어졌으며, 원자핵은 다시 양성자와 중성자로 구성된다는 사실이 밝혀졌다.
그리하여 20세기 전반기에는 전자와 양성자, 중성자가 물질의 최소 기본 단위인 ‘소립자’로 알려졌는데, 그 후 양성자와 중성자는 다시 쿼크로 구성되어 있음이 밝혀졌다. 현재는 6종의 쿼크와, 전자를 포함한 6종의 렙톤이 물질을 구성하는 소립자로 알려져 있고, 이 밖에도 자연계에 존재하는 힘을 전달하는 소립자의 정체도 밝혀졌다.
이러한 탐구 과정에서 큰 역할을 한 장치가 가속기이다. 가속기는 빛에 가까운 속도로 가속한 입자를 서로 충돌시킴으로써 더 작은 입자로 분해하거나, 입자의 성질을 조사한다. ‘소립자 물리학’은 어떤 과학적 사실에 대한 ‘이론적인 예언’과 그 후의 ‘가속기를 통한 증명’의 과정을 거치면서 발전해 왔는데, 지금도 그러한 연구 방식은 계속 이어지고 있다.

이 책은 소립자와 소립자 물리학의 핵심 내용을 다양한 시각 자료와 전문가의 쉬운 해설로 구성한 입문서이다. Part 1의 주제는 ‘소립자 물리학 입문’이다. 소립자 물리학의 여러 가지 기본 개념과 현재의 궁극적인 과제는 무엇인지 알아본다. Part 2에서는 가속기의 특성과 소립자 물리학의 관계 및 우주의 생성 원리를 설명한다는 ‘초끈 이론’과 ‘막(膜) 우주론’에 대해 설명한다.
Part 3에는 소립자 물리학에 대한 업적으로 노벨 물리학상을 수상한 학자들의 인터뷰를 실었다. 수상 업적에 도달하기까지의 연구 과정 등 다양한 주변 이야기를 들을 수 있다. Part 4에서는 소립자 물리학에 대한 연구 계보가 어떻게 이루어져 있으며, 소립자의 하나인 중성미자를 발견해 ‘중성미자 천문학’이라는 새로운 분야를 개척한 학자의 연구 과정을 설명한다.
이 책 한 권을 읽고 나면, 소립자와 소립자 물리학에 대한 전체적인 개념과 연관 관계가 일목요연하게 정리될 것이다.

특장

- 궁극의 소립자 쿼크의 발견부터 최신 소립자 물리학의 연구까지
인류는 오랜 옛날부터 ‘물질을 잘게 나누어 가면, 최종적으로 무엇이 되는가?’라는 의문을 가져왔다. 그에 대한 답은 과학의 발달에 따라 계속 달라졌다. 그래서 분자, 원자를 거쳐 전자, 원자핵, 양성자, 중성자로 답이 계속 바뀌어 왔다. 지금은 양성자와 중성자도 쿼크로 이루어져 있으며, 쿼크는 전자와 함께 최소 단위인 소립자라는 사실이 알려져 있다. 이 책에서는 인류가 쿼크를 알게 되기까지의 탐구 과정부터 소립자 물리학의 최전선이라고 할 수 있는 힉스 입자의 검출에 관한 내용까지, 소립자 물리학의 기본적인 여러 가지 개념을 빠짐없이 설명한다.

- 소립자 물리학 발전에 결정적인 역할을 하는 가속기의 과거·현재·미래
소립자 물리학은 이론이 먼저 만들어지고, 그것을 증명하는 ‘입자의 발견’ 등이 훗날에 이루어지는 식의 발전 과정을 거쳐 왔다. 이 단계에서 주요한 역할을 하는 것이 가속기이다. CERN(유럽원자핵공동연구소)에서 만든 강력한 가속기인 LHC(대형 하드론 충돌형 가속기)에서부터, 소립자 물리학 발전에 기여한 다른 가속기들의 개발 과정과 특성, 거기에서 나온 과학적 발견 내용 등을 소개한다.

- 우주의 모든 것을 설명하는 ‘초끈 이론’과 ‘막(膜) 우주론’의 세계
소립자 물리학은 결국 우주의 만물이 어떻게 형성되어 있는가라는 이론으로 발전해 나가게 된다. 현재 ‘궁극의 이론’ 후보로 꼽히는 ‘초끈 이론’에서는 소립자를 ‘점’이 아니라 극히 작은 ‘끈’으로 보고 있다. 또 우리의 우주가 빅뱅으로 시작되었다는 일반적인 우주론과 달리 우주는 ‘막’으로 되어 있다는 이론이 있는데, 이들 이론의 요점은 무엇인지를 알기 쉽게 해설한다.

- 소립자 물리학 발전에 기여한 노벨상 수상자들의 연구 업적
소립자 물리학은 19세기 후반부터 오랜 세월 동안 많은 학자들의 노력에 힘입어 비약적으로 발전해 왔다. 전자·원자핵·양성자·중성자·중간자·쿼크·중성미자 등의 입자들을 발견하고 여러 가지 이론을 완성한 노벨 물리학상 수상자들의 계보를 정리한다. 아울러 최근에 노벨상을 수상한 몇몇 학자들의 연구 과정, 업적 및 에피소드 등도 함께 소개한다. 초신성에서 날아온 중성미자를 발견함으로써 ‘중성미자 천문학’이라는 새로운 학문 분야를 만든 학자의 연구 과정도 설명한다.

- 최고의 과학 단행본을 추구하는 ‘뉴턴 하이라이트 시리즈’
월간 과학 잡지 Newton은 수준 높은 과학 기사를 최고의 사진과 그림 자료로 구성해 독자에게 전달하고 있다. Newton의 기사 중에서도 특히 독자의 호평을 받은 기사를 특정한 주제별로 재구성해서 매달 한 권씩 펴내는 것이 ‘뉴턴 하이라이트 시리즈’이다. [주기율표] [상대성 이론] [양자론] [뇌와 마음의 구조] [수학 퍼즐과 논리 패러독스] 등 50여 권의 자매편들도 절찬리에 판매되고 있다.

월간 과학 잡지 「Newton」
모든 과학 분야의 최근 소식을 정확한 그림과 최고의 사진으로 보여 주는 그래픽 사이언스 매거진이다. 일본 ‘Newton Press’와의 판권 계약에 의해 ‘뉴턴코리아’가 발간하고 있으며, 초·중·고등학생과 과학을 사랑하는 성인 독자를 대상으로 서점에서 판매한다. 현재 〈Newton〉은 한국과 일본, 중국, 타이완에서 동시 발행되고 있다.

「Newton」은 문화체육관광부에서 ‘우수 잡지’로 선정되고, 한국잡지협회에서 ‘우수 전문잡지’로 선정됨으로써, 그 내용의 우수성과 전문성을 인정받은 바 있다