이것이 힉스다

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카피: 21세기 최대의 과학 혁명, 힉스 보손의 발견은 이야기의 끝이 아니라 시작이다!

부제: 21세기 최대의 과학 혁명

원제 Higgs Discovery

워서 부제: The Power of Empty Space

글 리사 랜들

출판사: 사이언스북스

발행일: 2013년 3월 25일

ISBN: 978-89-8371-466-4

패키지: 반양장 · 변형판 148x220 · 136쪽

가격: 9,000원

분야 물리학

전자책 정보

발행일 2014년 3월 11일 | 최종 업데이트 2014년 3월 11일 | ISBN 978-89-8371-659-0 | 가격 6,500원

책소개

힉스 보손의 발견은 이야기의 끝이 아니라 시작이다!
힉스 보손이란 무엇인가? 물리학자들은 힉스 보손을 어떻게 발견했는가? 힉스 보손의 발견은 우리에게 무엇을 가져다줄 것인가? 힉스 발견 이후 물리학의 미래는? 답을 얻고 싶다면, 이 책을 읽어라!

21세기 최대의 과학 혁명
2013년 3월 14일, 유럽 입자 물리학 연구소(CERN)은 힉스 입자의 발견을 선언했다. 작년 7월 4일 힉스 입자를 발견했다고 처음으로 공식 발표한 이후 8개월 만에 지난 발표 때보다 2.5배 많은 데이터 분석 자료를 바탕으로 힉스 입자가 발견되었음을 공식 선언한 것이다. 이로써 지난 40년 넘게 미완의 상태로 남아 있던 입자 물리학 표준 모형의 실험적 검증이 완료되었다. 이제 물리학계의 관심은 45년간 25명의 노벨상 수상자를 배출해 온 노벨상 제조기 표준 모형의 마지막 노벨상 수상자가 누가 될 것인지에 쏠려 있다.
이런 상황에서 힉스 입자의 발견이 가지고 있는 의미와 앞으로 물리학을 포함한 현대 과학의 발전 과제를 살펴보는 책이 한 권 출간되었다. (주)사이언스북스에서 펴낸 리사 랜들(Lisa Randall) 하버드 대학교 물리학과 교수의 『이것이 힉스다(Higgs Discovery)』가 바로 그 책이다.
이 책은 하버드 대학교 물리학의 첫 여성 종식 교수이자 여분 차원 모형으로 전 세계 이론 물리학계를 선도하고 있는 리사 랜들 교수가 지난 2012년 7월 4일 CERN의 힉스 입자 발견 발표 직후 그 의미와 흥분을 대중과 공유하기 위해 긴급하게 쓴 책이다. 이 짤막한 책에서 리사 랜들은 힉스 입자 발견 발표를 들었을 때 한 사람의 물리학자로서 느꼈던 흥분과 지적 통쾌감에서 이야기를 시작해 LHC(대형 강입자 충돌기)에서 이뤄진 양성자 충돌 실험의 원리, 힉스 입자 발견을 통해 입증된 힉스 메커니즘의 존재, 그리고 입자 물리학 표준 모형 너머의 물리학을 간결하고 명확하게 해설하고 있다.

“20세기 과학자들이 미시 세계를 해명하려 한 노력을 이론과 실험 양면에서 모두 다루었다. 힉스 입자를 발견하는 데 이용한 가속기의 역할을 다룬 것은 이 책만의 특장점.” —《프레시안》

편집자 리뷰

‘신의 입자’를 넘어서
실험에서 발견된 것이 무엇이든 간에 물리학은 진보할 것이다. 가장 간단한 힉스 보손이 발견된 것이라는 걸 알게 되거나, 아니면 우리가 나아갈 길을 가리키는, 표준 모형을 넘어서는 물리학의 증거를 찾게 될 것이다. 이런 자세한 연구가 크게 일어날 것이다. 힉스 보손을 발견한 것은 이야기의 끝이라기보다는 시작이다. 본문에서

‘신의 입자’라고도 불리며 기본 입자(소립자)에 질량을 부여하는 입자로 알려진 힉스 입자(힉스 보손)는 오랫동안 수수께끼로 남아 있던 질량의 기원을 설명해 주는 표준 모형의 마지막 퍼즐 조각이다. 리사 랜들은 이 힉스 입자의 발견으로 전자 같은 렙톤(경입자), W 보손이나 Z 보손 같은 약력 게이지 보손 등의 기본 입자들이 질량을 가지는 이유를 모순 없이 설명할 수 있게 되었고, 중력을 제외한 전자기력, 강력, 중력의 세 가지 힘과, 쿼크와 렙톤 그리고 보손으로 세상 만물을 설명하는 입자 물리학 표준 모형이 틀림없음을 증명해 주었다고 평가한다. 그리고 물리학자들은 이 발견을 새로운 출발점이자 기반 삼아 정체불명의 존재인 암흑 물질이나 암흑 에너지의 정체를 밝히는 연구를 해 나갈 수 있게 되었다고 전망하고 있다.
또 이 책에는 리사 랜들의 전작인 『숨겨진 우주(Warped Passages)』(김연중, 이민재 옮김, 사이언스북스, 2008년)의 10장과 『천국의 문을 두들기며(Knocking on Heaven’s Door)』(이강영 옮김, 사이언스북스, 2013년 출간 예정)의 16장을 발췌해 싣고 있다. 국내 대중 과학 독서계에 제대로 소개되어 있지 않은 입자 물리학 표준 모형을 해설하고, 표준 모형 등장 이후에도 해결되지 않고 있는 여러 문제들(중력의 정체, 계층성 문제, 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체, 여분 차원의 문제 등)을 알기 쉽게 해설하고 있는 이 책들에서 힉스 보손과 힉스 메커니즘에 대한 부분을 소개하는 꼭지들을 선별해 발췌한 것이다. 힉스 메커니즘이 실제로 어떻게 작동하고, 진공 속에 숨겨져 있는 힉스 보손을 추출해 발견해 내기 위해 물리학자들이 어떤 노력을 하고 있는지를 눈에 잡히듯 생생하게 설명하고 있다.
힉스 입자의 발견으로 정점에 도달한 입자 물리학 표준 모형은 현대 과학의 금자탑이다. 이 금자탑은 상대성 이론처럼 단 한 사람에 의해 이뤄진 것이 아니라 말 그대로 국경과 세대를 초월한 수많은 물리학자들의 공동 연구를 통해 이뤄진 것이다. 1969년 노벨상 수상자인 머리 겔만 이후 25명의 표준 모형 관련 노벨 물리학상 수상자들의 면면을 보면 그것을 분명하게 알 수 있다. 이중에는 3명의 일본계 물리학자도 포함되어 있다. 우리에게는 이휘소 박사가 피터 힉스의 이름을 따서 처음 힉스 입자, 힉스 메커니즘이라는 이름을 사용했다는 전설만 전해질 뿐이다.
그러나 힉스 보손의 발견은 랜들의 표현 그대로 끝이 아니다. 새로운 출발점이다. 힉스 발견의 흥분으로 가득한 이 책들을 통해 독자들, 그리고 한국 과학의 미래를 새로 써나갈 젊은 과학자들은 21세기 초반을 장식한 이 과학 혁명의 진정한 의미를 음미하고, 새로운 물리학이 써 나갈 아름다운 역사에 동참할 수 있을 것이다.

과학이 세계를 해명해오기 시작한 이래, 과학자들은 우주를 더 잘 설명하는 법을 고안해 왔고 우주에서 일어나는 새로운 현상을 계속해서 발견해 왔다. 흔히 전자를 이론이라고 하고 후자를 실험 혹은 관측이라고 부르는데, 양자가 보조를 맞출 때 인간은 진정으로 우주를 더 깊이 이해할 수 있게 된다. 최근 과학자들은 또 한 번 완전히 새로운 현상을 발견한 것 같다. 그 현상은 힉스 보손이라는, 물질의 질량과 관련이 있다고 하는 입자다. 이 입자는 어떤 입자며, 왜 이제야 발견되었을까? 그리고 질량과는 어떻게 관련이 있다는 말일까? 이는 현대물리학이 물질과 우주의 신비를 설명하는 가장 첨단적인 지식에 맞닿은 부분이다. 이것이 힉스다 3
1962년생인 리사 랜들은 현재 가장 각광 받는 젊은 이론 물리학자다. 1999년 발표한 랜들-선드럼 모형으로 특히 유명한 랜들은 프린스턴 대학교 물리학과에서 종신 교수직을 받은 최초의 여성이며, 하버드 대학교 물리학과에서 종신 교수직을 받은 최초의 여성 이론 물리학자다. 특히 그녀의 가장 중요한 업적인 랜들-선드럼 모형은 현대 입자 물리학에서 힉스 입자를 둘러싸고 나오는 계층성 문제와 중력의 문제를 연결하는 데 중요한 시사점을 던진 이론이다. 이런 점에서 힉스 입자의 발견에 대해, 그 원리와 의미에 대해 이야기해 줄 사람으로 랜들은 아주 특별한 적임자다. 그러니까 이 짤막한 책은 현역의 가장 활발하고 선도적인 물리학자가 써 보내는 생생한 현장 보고서이자 심층 기사인 것이다. 힉스 보손에 대해 무언가 알고 싶으면, 일단 이 책부터 읽고 나서 더 알고 싶은 것을 생각해 보기로 하자. -옮긴이 후기에서

작가 소개

리사 랜들 글

이론 물리학자. 하버드 대학교 물리학과 교수로서 입자 물리학과 우주론을 연구하고 있다. 프린스턴 대학교 물리학부, 매사추세츠 공과 대학 및 하버드 대학교 물리학과에서 이론 물리학자로서는 종신 교수직을 취득한 첫 번째 여자 교수이기도 하다. 1962년 미국에서 태어났으며 뉴욕의 스타이버선트 고등학교를 졸업하고 하버드 대학교 물리학과에서 입자 물리학과 우주론을 연구했다. 하워드 조자이 교수의 지도로 이론 물리학 박사 과정을 마쳤으며, 현재 하버드 대학교 물리학과 교수로 재직하고 있다. 1999년 라만 선드럼 박사와 함께 발표한 「비틀린 여분 차원(Warped extra dimensions)」 논문을 통해 전 세계 물리학계의 주목을 받았고, 21세기 들어 가장 많이 인용되는 영향력 있는 이론 물리학자 중 한 사람이 되었다. 그녀가 제안한 여분 차원 이론은 ‘랜들-선드럼 모형’으로불리며 현대 이론 물리학의 여러 난제를 해결할 실마리로 높은 평가를 받고 있다. 그리고 급팽창 우주론, 초대칭성 이론, 대통일 이론, 끈 이론 등에 공헌했다.

미국 물리학회는 물론이고 미국 과학 아카데미, 아메리카 철학회, 아메리카 예술 과학 아카데미의 정회원이기도 하다. 앨프리드 슬론 재단의 연구상, 미국 자연 과학 협회가 주는 젊은 과학자 상, 미국 물리학 교육자 협회가 주는 클롭스테드 상, 미국 물리학회가 주는 ‘최다 인용 논문상’ 등을 수상했다. 다수의 물리학 학회를 기획하고 여러 물리학 학회지의 편집 위원으로 활동하며 전 세계 이론 물리학계에서 중심적인 역할을 하고 있다.

《피직스 레터스》, 《네이처》, 《사이언스》 같은 전문 학술지는 물론이고 《디스커버리》, 《이코노미스트》, 《뉴스위크》, 《사이언티픽 아메리칸》 등 세계 유수의 언론에 그 업적이 거론되었고, 《시드 매거진》에서 ‘2005년의 과학 아이콘’으로, 《뉴스위크》에서 ‘2006년의 주목할인물’로, 《타임》에서 ‘세계에서 가장 영향력 있는 100명’으로, 《롤링 스톤》에서 ‘변혁의 사자 100명’ 중 한 사람으로 선정하기도 했다. 첫 번째 책인 『숨겨진 우주: 비틀린 5차원 시공간과 여분 차원의 비밀을 찾아서(Warped Passages)』는 《뉴욕 타임스》가 선정한 ‘올해의 책’ 중 하나이기도 했으며, 서구는 물론 일본과 우리나라 등 전 세계 과학 독서계에서 베스트셀러가 되기도 했다. 취미로 암벽 등반과 스키를 즐기며, 예술과 과학의 가교를 놓는 데 공헌하고 있다. 그녀가 각본에 참여한 오페라 「하이퍼뮤직 프롤로그(Hypermusic Prologue)」는 2009년 파리 퐁피두 센터에서 상연되기도 했다. 2007년에는 일본을 찾아 NHK 방송에 출연해 일본 국민의 큰 관심을 모았다.

저서로는 『숨겨진 우주』, 『이것이 힉스다(Higgs Discovery)』, 『암흑 물질과 공룡(Dark Matter and the Dinosaurs)』 등이 있다.