*양자色力學 분야 개척올 노벨물리학상은 우주를 구성하는 최소 입자인 '쿼크'의 비밀을 알아낸 입자물리학자들에게 돌아갔다. 쿼크는 물질을 구성하는 최소 입자로 현재 6개 종류가 있는 것으로 알려져 있다. 3개의 쿼크가 합쳐지면 양성자가 된다.
미국 샌타바버라 캘리포니아대 교수인 데이비드 그로스와 캘리포니아공대 교수인 데이비드 폴리처, 매사추세츠공대 교수인 프랭크 윌첵 등은 1973년'피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letter)'에 발표한 논문에서 쿼크가 어떤 힘으로 묶여서 상호작용을 하는지를 공개했다.
자연에는 4가지 힘-중력, 전자기력(전하를 띤 입자사이에 일어나는 힘), 약력(弱力·태양 에너지 생성의 주요 힘), 강력(强力·쿼크 사이에 일어나는 강한 상호작용)-이 존재한다. 중력은 지구상의 물체들이 아래로 떨어지게 하는 힘이며 전자기력은 나침반과 모든 전자제품의 작동을 지배하는 힘으로 우리 생활에서 쉽게 접할 수 있다. 반면 약력과 강력은 원자핵을 이루는 양성자와 중성자의 결합과 원자핵의 붕괴 등에 중요한 힘인데 그 작용 거리가 짧아 직접 관측이 매우 어렵다.
물리학자들은 바로 이 4가지 힘을 하나의 이론으로 설명하는데 전력을 투구, 일단 전자기력과 약력을 하나로 통일하는데 성공했다. 이렇게 태어난 것이 '표준이론'이다. 물리학자들은 이 4가지 힘을 하나의 이론으로 묶어내는 '대(大)통일장 이론'을 만들어내는 것이 꿈이다. 올 노벨물리학상 수상자들의 논문은 바로 4가지 힘 가운데원자핵의 주요 구성인 강력과 관련된 것이다.
이들의 업적은 원자핵 안의 최소 입자인 쿼크 사이의 강력을 설명하는 이론을 내놓은 것이다. 이 연구는 대통일장 이론의 개발을 앞당긴 중요한 진전을 가져왔다. 일반적으로 쿼크 입자들이 가까워질수록 당기는 힘이 더 커질 것으로 생각했는데 이들의 연구결과 쿼크 입자들은 가까이 있을수록 당기는 힘이 약해진다는 것으로 알아냈다. 이런 발견으로 '양자색역학(陽子色力學)'이라는 새로운 분야를 개척하는 데 큰 공헌을 했다.
고등과학원 박태선 박사는 "이들의 연구결과는 자연의 모든 힘을 한가지 이론으로 설명할 수 있는 대통일장 이론을 만들어 내게 하는 데 한 걸음 다가서게 했다"고 말했다.
권대익기자 dkwon@hk.co.kr
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