입자 이론 물리학자 벤자민 휘소 리 박사, 노벨상 수상 유력헀으나 교통사고로 사망
자발적으로 대칭성 깨진 게이지 이론, 제이/프사이 입자, 참 쿼크 예측 등 업적
[문화뉴스 MHN 권성준기자] 지난 5일부터 2020년 노벨상 수상자가 발표되기 시작하였다. 생리의학상에서 시작하여 물리학상, 화학상, 문학상, 평화상, 경제학상 순으로 수상자가 발표되며 노벨 물리학상 수상자는 10월 6일 18시 45분에 발표된다.
노벨상은 세계적으로 가장 권위 있는 상이지만 대한민국과은 노벨상과 크게 인연이 있지 못하여왔다. 2000년에 김대중 전 대통령이 노벨 평화상을 최초로 수상한 이후 누구도 노벨상을 수상하지 못하였다.
2020년 노벨상은 대한민국의 두 번째 노벨상의 가능성이 보였다. 의외인 점은 항상 거론되던 분야가 아닌 노벨 화학상에 수상 유력 후보가 있다. 지금까지 대한민국은 기초과학에 크게 관심이 없었기 때문에 과학 분야에서 노벨상을 수상하지 못할 것이라고 예상되었었다.
정말로 대한민국 국적의 과학자 중 노벨상을 수상할 수 있었던 사람은 없었을까? 누구나 유력하게 노벨 물리학상 수상을 점쳤지만 안타까운 사연으로 받지 못한 물리학자를 소개한다.
▶ 벤자민 휘소 리 박사
소설 '무궁화 꽃이 피었습니다'로 다소 알려진 이휘소 박사는 가장 노벨 물리학상 수상에 유력했던 과학자로 손꼽힌다. 그와 함께 연구했던 스티븐 와인버그, 압두스 살람, 헤라르뒤스 엇호프트 등은 전부 같은 연구 업적을 인정받아 노벨 물리학상을 수상하였다.
그와 같이 연구하였던 와인버그와 살람은 1979년 노벨 물리학상을 수상하였는데 아쉽게도 이휘소 박사는 1977년 교통사고로 숨져 노벨상을 수상하지 못하였다. 노벨상은 노벨 심사 위원회가 결정을 내린 순간에 생존이 확인된 인물에게만 수상하기로 되어있기 때문이다.
이휘소 박사는 입자 물리 이론 분야에서 많은 업적을 남긴 것으로 유명하다. 특히 입자들에 질량이 생기는 이유인 힉스 매커니즘이 만들어지는데 엄청난 영향을 끼친 역할을 한 것으로 알려져 있다.
힉스 매커니즘은 힉스 입자가 물질들에 질량을 부여하는 방법을 설명하는 과정으로 힉스 입자의 이론은 피터 힉스에 의해 도입되었다. 힉스는 CERN에서 LHC를 통해 힉스 입자를 발견하여 2013년 노벨 물리학상을 수상하였다.
이휘소 박사는 자발적으로 대칭성이 깨진 게이지 이론을 만들면서 힉스에게 영향을 주었다. 게이지 이론이란 물리학을 만드는 수학적인 기술이라고 이해하는 편이 간단하다.
전자기력 같은 경우는 전기장과 자기장이 공간에 나타나는데 쿨롱 게이지라는 특수한 함수를 사용하면 두 장을 나타낼 수 있으며 고전적인 전자기학을 넘어서 양자역학을 이용한 양자전기역학에서도 이러한 게이지를 정의할 수 있고 양자색역학 등 입자 물리학 이론에서 힘들을 표현하는데 사용된다.
자발적으로 대칭성이 깨졌다는 것은 자석의 경우를 생각할 수 있다. 실제로 자발적 대칭성 깨짐에 대한 이론은 강자성체를 연구하면서 등장하게 된 개념인데 이를 입자 물리학에서 사용한 것이다.
자석은 원자핵 주위를 전자가 돌면서 생기는 자기장들이 모두 같은 방향을 향하고 있는 물질이다. 통계적으로 생각해보면 이 방향이 한 방향을 이룬 상태로 유지할 이유가 존재하지 않는다. 오히려 무작위로 배열되어 물질 전체가 가지는 자성이 0인 상태가 더 일반적이다.
하지만 현실에선 자석이 흔히 발견된다. 심지어 시간이 아무리 지나도 자성은 변하지 않는다. 즉, 무작위 상태로 돌아가지 않는다는 의미이다. 이러한 현상은 고체 물리 분야에서 자발적 대칭성 깨짐 이론을 사용하여 설명한다.
고체 물리에서는 이론적인 계산을 통해 강자성 물질은 상온에서 자기장의 방향이 한 방향으로 정렬되어야 안정한 상태라는 것을 증명하였다. 이렇게 한쪽 방향으로만 정렬된 상황을 물리학자들은 대칭성이 깨졌다고 한다.
이러한 개념을 입자 물리학에 그대로 가져와 자성을 넘어 다른 물질들의 성질을 규명하였고 이휘소 박사는 양자역학을 만족하면서 대칭성이 깨진 게이지를 만들었다. 힉스는 이러한 아이디어를 이용해 힉스 매커니즘을 창안한다.
이 이론은 힉스뿐만 아니라 힉스가 노벨상을 수상하기 이전에 엇호프트 등에게 영향을 주어 전자기력과 약력을 통합하는데 결정적인 영감을 주었고 엇호프트 또한 해당 업적으로 노벨 물리학상을 수상하였다.
뿐만 아니라 이휘소 박사는 참 쿼크와 제이/프사이 입자의 존재를 예측하기도 하였으며 제이/프사이 입자의 발견은 1976년 노벨 물리학상의 주제였다.
한편 이휘소 박사의 죽음은 당시에도 상당한 논란이 되었다. 사후 발간된 소설 '무궁화 꽃이 피었습니다'로 인해 대한민국에선 핵무기 개발에 연루되어 암살 당한 것으로 알려져 있다. 하지만 이휘소 박사의 연구 분야는 핵물리학이 아니었으며 핵무기와의 연결성 또한 근거가 너무나도 부족한 이야기이다. 그저 소설의 상상으로 치부해야 할 이야기이다.
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