![이종필의 과학자의 발상법] 세상은 무엇으로 이루어졌나?…‘대칭’을 깨트려 ‘질량’을 얻다](https://i.headtopics.com/images/2024/4/30/kyunghyang/3251060513335451729969-3251060513335451729969-A46493A65FD11865D2DDEED607E4930F.webp)
“이 세상은 대체 무엇으로 만들어졌을까?” 호모 사피엔스라는 종이 이 행성에 출현한 이후 가졌을 법한 가장 궁금한 질문의 순위를 매긴다면 이 질문이 적어도 상위 3위 안에는 ...
19세기 과학자들 답은 ‘원자’20세기 인류가 내놓은 모범답안“이 세상은 대체 무엇으로 만들어졌을까?” 호모 사피엔스라는 종이 이 행성에 출현한 이후 가졌을 법한 가장 궁금한 질문의 순위를 매긴다면 이 질문이 적어도 상위 3위 안에는 들지 않았을까 싶다. 내 말이 빈말이 아님은 철학의 아버지라 불렸던 고대 그리스의 탈레스가 보증한다.
탈레스의 오랜 질문에 19~20세기의 과학자들이 제시하는 1차적인 답은 바로 원자이다. 원자는 이 세상 만물을 구성하는 기본 단위 중 하나이다. 미국의 유명한 물리학자인 리처드 파인만은 인류가 파멸에 이르러 모든 과학지식이 날아가게 생긴 상황에서 후대에 단 하나의 문장만 넘겨준다면 최소 단어로 가장 많은 정보를 담은 진술로 원자론을 꼽았다. 이밖에도 입자들 사이의 힘을 매개하는 입자가 있다. 빛, 즉 광자가 대표적인 사례로서, 빛은 전자기력을 매개한다. 우리 우주에는 전자기력 말고도 중력과 약한 상호작용과 강한 상호작용이 존재한다. 약한 상호작용은 원자핵의 붕괴에서처럼 입자의 종류를 바꿀 수 있는 힘이고 강한 상호작용은 쿼크들을 묶어 핵자를 형성하게 하는 힘이다.
1964년 35세의 피터 힉스는 두 편의 논문을 통해 대칭성이 깨지면서 어떻게 게이지 입자가 질량을 가질 수 있는지를 보였다. 이 과정에서 힉스는 훗날 자신의 이름이 붙은 새로운 장, 즉 힉스장을 도입했다. 힉스가 제시한 방법은 이후 힉스 메커니즘으로 알려지게 된다. 대칭성 깨짐으로 질량을 만들 수 있다는 아이디어는 초전도성을 설명하면서 이미 도입되었으나 상대론적인 이론에 적용한 것은 힉스가 처음이었다.
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