중성미자 천문학의 탄생

소립자로 우주를 본다

고시바 마사토시 지음 | 한명수 옮김

전파과학사 2024년 02월 06일 출간 종이책 : 2024년 01월 09일 출간

작품소개

책소개

중성미자는 물리학과 입자물리학에서 중요한 역할을 하는 미소한 질량을 가진 소량의 중성 입자이다. 미자란 특정한 전기적이거나 강한 상호작용을 하지 않는 입자로서, 주로 알 수 없는 양성 에너지, 중력, 약한 상호작용 등을 통해 작용한다.
중성미자의 존재는 천문학적 현상과 함께 처음으로 제기되었으며, 이들은 핵반응 등의 과정에서 생성되거나 태양과 같은 항성에서 방출될 수 있다. 또한, 매우 낮은 질량과 거의 상호작용하지 않는 특성으로 유명한데, 이는 우주의 많은 부분을 통과할 수 있다는 것을 의미한다.
중성미자 천문학은 지금까지의 전자기파에 의한 천체 물리학과 달리 천체 속을 투시하여 속에서 어떤 일이 일어나고 있는가를 조사하는 학문이다. 가령, 태양의 핵융합 반응에서 방출된 중성미자를 통해 그 과정을 유추하고, 초신성 폭발의 과정을 그때 방출된 대량의 중성미자를 통해 알아가는 식이다. 이 책은 중성미자 천체물리학이라는 새로운 기초과학 분야에 대해 쉽고 상세하게 설명한다. 중성미자 관측에 성공해 2002년 노벨 물리학상을 수상한 ‘고시바 마사토시’의 지식과 통찰을 담고 있다.

목차

1장 물리학과 만남
중학교 시절
제1고등학교 시절
대학 시절
대학원 2년 - 실험과 만남
도모나가 신이치로 선생님과 만남
미국에서 학위를 받다
우주의 원소 조성을 엿보다
다시 시카고대학으로
혼고에서의 교수 생활
‘팀워크’와 ‘팀’
전자-양전자 충돌을 주요 테마로
CERN에서
젊은이들에게 실험의 즐거움을
가미오카 지하 실험
초신성에서 온 중성미자
태양에서 온 중성미자

2장 소립자와 힘
물질의 기초 입자
보다 기초적인 것으로
용어의 설명
보존법칙의 의의
근원적인 법칙과 편이적인 법칙
소립자를 어떻게 관측하는가
하전 입자의 통과 장소를 알아본다
하전 입자의 통과 시각을 알아본다
소립자의 분류에서 쿼크로
파톤
소립자의 3패밀리
τ(타우)입자의 발견
쿼크의 색
이것으로 끝인가
힘은 어떻게 생기는가 - 현재의 생각
힘의 통일적 이해
의 발견
표준 이론
강한 힘
강한 힘의 재평가

3장 별의 일생과 원소의 창생
원소의 창생(創生)
가모의 아일럼(ylem)설
헬륨보다 무거운 원소
별의 탄생
주계열의 별
적색 초거성
철심
양자역학적 축퇴
눈으로 보는 초신성
중성자별과 블랙홀
철보다 무거운 원소와 초신성 폭발
중성미자의 역할
처음으로 초신성 중성미자를 잡는다!

4장 우주의 시작
우주를 바라보면
우주 탄생의 모델 - 빅뱅 모델
폭발의 제로점 직후에는?
물질은 왜 관측되지 않는가
어떤 일이 일어났는가?
암흑 물질의 본체
우주 공간의 자기장
대통일 이론의 신빙성을 검증한다
인플레이션 우주라는 생각의 도입
빅뱅은 어디까지 다가설 수 있는가?
‘열린 우주’와 ‘닫힌 우주’

5장 친근한 태양의 일과 중성미자 천체물리학의 탄생
어머니인 태양
데이비스의 측정과 태양 중성미자의 퍼즐
왜 중성미자는 기대보다 적은가 - 설 1
왜 중성미자는 기대보다 적은가 - 설 2
인지된 ‘중성미자 천문학’

6장 앞으로의 일
일본에서 탄생한 중성미자 천체물리학
서양의 연구 현황
일본의 결정타 ‘슈퍼 가미오카’
‘슈퍼 가미오카’는 무엇을 밝히려고 하는가
μ중성미자의 수가 적은 것은

출판사 서평

『중성미자 천문학의 탄생』 저자 고시바 마사토시는 태양과 초신성에 있는 중성미자를 관측한 천체 물리학자이다. 그는 우주를 보는 인류의 시야를 넓혔다는 평가를 받으며 2002년 노벨상을 수상했다. 이런 업적이 유의미한 이유는 따로 있다. 바로 천체를 뚫고 지나온 중성미자는 검출하기가 무척 어렵기 때문이다. 지구를 통과하는 중성미자 1조 개 중에서 단 1개가 관측될 정도의 확률이다. 매우 희박한 가능성을 뚫고 우주에 대한 이해를 돕는 연구를 성공해낸 것이다.
이 책은 물리학을 공부하던 저자의 학창 시절을 반추하고, 소립자에 대한 설명으로 넘어간 후 별과 우주에 대해 이야기로 확장해간다. 중성미자를 포함한 소립자에 대한 이해와, 나아가 우주에 대한 이해도를 높이고 확장하고 싶다면 이 책을 일독해 보자. 아직까지 수수께끼가 많은 소립자로서 ‘유령 입자’라고도 불리는 중성미자의 실체에 한층 다가갈 수 있을 것이다.

작가정보

저자(글) 고시바 마사토시

중성미자 천문학을 창시한 일본의 천체물리학자이다. 도쿄대학 물리학과를 졸업한 뒤 뉴욕의 로체스터대학교에서 물리학 박사 학위를 취득했다. ‘천체물리학 개척에 관한 공헌, 특히 우주 중성미자의 검출’에 대한 선구자적 공로를 인정받아 2002년 노벨 물리학상을 수상했다. 중성미자 관측 방법을 한 단계 높인 인물로 평가받는다.

번역 한명수

서울대학교 사범대를 졸업했다. 동아출판사 편집부에서 근무했으며, 전파과학사 주간과 신원기획 일어부장을 역임했다. 역서로는 『현대물리학 입문』, 『인류가 태어난 날 I』, 『물리학의 재발견(上·下)』, 『우주의 종말』, 『초고진공이 여는 세계』, 『중성자 물리의 세계』, 『지구의 수호신 성층권 오존』, 『카오스와 프랙털』 등이 있다.