책소개

우주에서 가장 강한 힘, 강력을 찾아서

원자핵에 있는 양성자와 중성자를

붙들어 매는 힘은 도대체 무엇일까?

원자폭탄의 가공할 위력, 원자력 발전의 놀라운 에너지의 근원이 밝혀진다

원자핵의 비밀을 찾아 나선

20세기 물리학의 경이로운 장면들

19세기 말 우라늄이라는 돌멩이에서 발견된 정체불명의 광선은 20세기를 원자의 세기로 만들었다. 원자핵을 찾아내고, 원자핵의 구조를 밝혀내고, 더 나아가 우주에서 가장 강한 힘, 강력을 찾아내는 놀랍고 흥미로운 이야기가 생생하게 펼쳐진다.

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시작은 방사선이었고, 핵심은 중성자였다. 전자가 발견되고 원자핵이 존재한다는 것이 알려지면서 사람들은 원자가 어떻게 생겼는지 알고 싶었다. 1932년에 중성자가 발견되자 커다란 질문 하나가 떠올랐다. 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자는 어떻게 그 좁은 핵 안에 함께 있을 수 있을까? 이제껏 알려진 중력이나 전자기력으로는 이 사실을 설명할 수 없었다. 핵 안의 입자들을 묶어 놓으려면 중력이나 전자기력보다 훨씬 강한 힘이 필요했다. 많은 사람들이 핵자를 묶어주는 핵력을 찾아 나섰다.

새로운 패러다임이 필요했다. 중력보다 세고 전자기력보다 강한 그 힘은, 우주에서 가장 강한 힘이었다. 강력은 완전히 새로운 이론적 토대를 만들어 냈고, 외계에서 쏟아지는 우주선에서 그 힘을 입증할 입자를 찾아내면서 그 실체를 인정받았다. 방사선에서 시작된 강력의 여정이 1947년 파이온의 발견으로 일단락된 것이다. 그 과정에서 강력은 자신의 강한 힘을 유감없이 발휘했다. 강력은 원자폭탄과 원자력 발전으로 자신의 모습을 드러냈고, 우리에게 두려움과 고마움을 동시에 안겨주는 신비의 존재가 되었다.

원자의 세계를 지배하는 강력의 탄생 과정에는 수많은 과학자의 끈질긴 노력과 놀라운 통찰이 함께 했다. 수학적 대칭의 아름다움을 끝까지 밀어붙여 양자역학을 완성한 폴 디랙, 존재하지 않는 입자를 가정해 핵자들 사이의 힘을 예측한 유카와 히데키, 이온을 만들어내는 방사선의 특성을 이용해 측정 장치를 만들고 획기적인 실험을 설계한 어니스트 러더퍼드, 한스 가이거와 찰스 윌슨, 패트릭 블래킷과 브루노 로시, 그리고 마침내 파이온을 찾아내 강력을 실증한 세실 파월까지. 이론과 실험의 다양한 영역에서 ‘강력의 탄생’을 만들어낸 과학자들의 놀라운 역사가 이 책에 생생하게 담겨 있다.

저자소개

저자 : 김현철

인하대학교 물리학과 교수. 인하대 물리학과에서 학부와 석사 학위를 마치고 독일 본 대학에서 핵자들 사이의 상호작용을 연구하여 박사 학위를 받았다. 1998년에 부산대에 교수로 부임했고, 2008년부터는 인하대에서 학생들을 가르치며 연구하고 있다.

원래 시인이 되고 싶었지만, 어쩌다 시작한 물리학이 시만큼이나 매력적이라는 걸 깨닫고는 평생을 물리학을 하기로 마음먹었다. 독일의 보훔 대학, 미국의 코네티컷 대학, 일본의 오사카 대학과 이화학 연구소, 원자력 연구센터의 고등과학연구소 등에서 연구했고, 양성자의 구조, 펜타쿼크처럼 별난 강입자, 무거운 쿼크가 들어 있는 강입자, 강입자의 토모그래피와 생성 과정, 비섭동 양자색역학의 응용에 관해 180여 편의 논문을 썼다.

목차

1장 여정의 시작

4대에 걸친 물리학자 집안 / 엑스선의 발견 / 불온한 원자 / 방사선의 발견 / 마리아 스크워도프스카 / 피에르 퀴리와의 만남 / 한발 늦게 발견한 토륨 / 폴로늄의 발견 / 라듐의 발견 / 노벨상을 받다 / 피에르의 죽음 / 두 번째 노벨상

2장 원자 속으로

캐번디시 연구소 / 맥길로 간 러더퍼드 / 프레더릭 소디 / 맨체스터 대학으로 / 한스 가이거와 알파입자 / 원자핵의 발견 / 원자 속으로 들어가는 길

3장 물리학자, 하늘을 보다

공기는 전기를 띠고 있다 / 테오도르 불프와 알베르트 고켈 / 프란츠 엑스너와 빈 라듐 연구소 / 빅토르 헤스 / 1912년 8월 7일 / 베르너 콜회르스터의 검증 / 밀리컨이 인정한 우주선 / 잊혀진 물리학자, 도메니코 파치니 / 밀리컨과 플레처

4장 안개 상자

고독한 물리학자 / 안개 상자 / 안개 상자와 자기장 / 발터 보테 / 동시 방법 / 우주선의 위도 효과 / 브루노 로시 / 우주선의 동서 효과

5장 디랙의 바다

조용한 물리학자 / 카피차 클럽 / 양자역학의 탄생 / 디랙 방정식 / 디랙의 바다 / 첫 번째 예언

6장 기적의 해

스코벨친이 찾아낸 궤적 / 칼 데이비드 앤더슨 / 양전자를 발견하다 / 패트릭 블래킷 / 주세페 오키알리니 / 쌍생성의 발견 / 진공의 참모습

7장 중성자의 발견

제임스 채드윅 / 러더퍼드를 만나다 / 베타선의 이상한 에너지 분포 / 제1차 세계 대전 / 원자량과 원자번호 / 중성자의 발견 / 핵물리학의 시작 / 거인의 죽음

8장 강력을 찾아서

일본 물리학의 시작 / 나가오카 한타로 / 니시나 요시오 / 코펜하겐 정신 / 클라인-니시나 공식 / 일본으로 돌아온 니시나 / 니시나 선생 / 위기의 에너지 보존 법칙 / 파울리, 중성미자를 제안하다 / 페르미의 베타 붕괴 이론 / 강력을 찾아서

9장 강력의 탄생

양자장론, 고전물리학과 영원한 결별 / 게이지 이론과 양자전기역학 / 교토 사람 유카와 히데키 / 하이젠베르크의 원자핵 모형 / 에토레 마요라나 / 강력을 향한 발걸음 / 새로운 입자가 필요하다 / 강력의 탄생

10장 혼돈을 헤치고

전자보다 무겁지만 양성자보다 가벼운 / 새로운 입자 메조트론 / 반갑지 않은 새로운 입자 / 메조트론은 유카와 입자인가 / 유카와의 메존 / 독일 물리학의 몰락 / 전쟁과 물리학자 / 메조트론의 붕괴 / 망명객 로시 / 비아 파니스페르나의 아이들 / 세 명의 이탈리아인이 찍은 마침표

11장 예언의 적중

마리에타 블라우 / 새로운 검출기, 감광유제 / 나치에 막힌 연구의 꿈 / 세실 파월 / 향상된 감광유제 / 새로운 발견의 전조 / 파이온의 발견 / 셸터 아일랜드 학회 / 두 개의 메존 / 완벽한 증거 / 전하가 없는 파이온 / 뮤온과 파이온