세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 쿼크모형

세상에서 가장 쉬운 과학 수업

정완상 저자 지음

성림원북스 2025년 12월 10일 출간 국내도서 : 2025년 12월 15일 출간

작품소개

책소개

〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈 20번째 책. 입자가속기의 발명부터 쿼크의 발견까지, 쿼크모형의 개념과 역사를 수많은 과학 교양서를 집필한 정완상 교수의 필력으로 흥미롭게 살펴본다. 쿼크 이론의 등장 과정을 여섯 편의 논문(로런스, 나카노-니시지마, 사카타, 겔만, 릭터, 팅)과 함께 다루었다.
20세기 중반 물리학자들은 원자와 원자핵을 넘어서 그 안의 더 작은 세계로 눈을 돌렸다. 이 책에서는 뮤온과 타우 입자 같은 경입자, 양성자와 중성자 같은 중입자, 파이온과 케이온 같은 중간자 발견의 역사도 이야기했다. 케이온과 함께 도입된 기묘도라는 양자수를 설명했고, 여기에 초전하, 아이소스핀을 리군과 리대수로 묘사했다.
더불어 1964년 등장하는 겔만의 쿼크모형과 이 모형이 예측한 오메가 입자의 발견을 다룬다. 하나의 입자로 여겨졌던 양성자와 중성자가 더 작은 기본 입자인 쿼크로 구성되어 있다는 것을 소개한다. 겔만이 도입한 u, d, s쿼크와 그 이후에 예언된 참 쿼크, 보텀 쿼크, 톱 쿼크의 발견도 곁들였다. 이 책은 그 작은 입자들의 세계 속에서 인류가 어떻게 숨겨진 질서를 발견해 왔는지를 따라가는 이야기다.
부록에 논문 영문본과 노벨 물리학상 수상자 목록을 실어 독자들의 더 깊은 탐구를 도왔다.

목차

과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
보이지 않는 입자를 예측한 겔만 _윌첵 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남 | 입자가속기의 발명
콕크로프트와 월턴의 가속기 _최초의 입자가속기
밴더그래프 가속기 _고전압 발전기를 발명하다
선형가속기 _가속기 발전의 역사
로런스의 사이클로트론 _종이 냅킨의 스케치로부터
싱크로트론 _입자의 궤도를 나선에서 원형으로

두 번째 만남 | 군과 대수
갈루아의 생애 _비운의 천재 수학자
군의 정의 _이항연산과 네 가지 조건
회전군 _반시계 방향으로 몇 도 회전시킬까?
마리우스 솝후스 리 _동료들과 함께 학문적 열정을 쏟다
행렬군과 리군 _행렬군이 특별한 관계를 만족할 때
유니터리군 _N차원 복소 공간에서
리대수 _변수가 아주 작은 경우

세 번째 만남 | 새로운 입자의 발견
새로운 입자 _입자 발견의 역사
아이소스핀의 등장 _동일한 입자의 서로 다른 두 상태
중간자 _핵력을 매개하는 입자가 필요해!
타우 입자 _전자나 뮤온보다 무거운 경입자를 찾아서
약력을 매개하는 입자 _질량이 0이 아닌 새로운 입자
약력을 매개하는 입자의 발견 _양성자와 반양성자를 충돌시켜

네 번째 만남 | 기묘한 입자의 출현
케이온을 발견한 두 과학자 _파이온 다음으로 발견된 중간자
V입자 _성차별을 극복하고
케이온 _기묘한 입자
기묘도 _입자의 속성을 나타내는 새로운 수치
새로운 중입자 _람다, 시그마, 크시, 델타
니시지마-나카노-겔만 법칙 _세 사람이 발견한 재미있는 공식

다섯 번째 만남 | 쿼크모형
사카타 모형 _페르미-양 모형을 모든 강입자로 확장하다
쿼크모형의 창시자 겔만 _겔만의 생애와 연구
강입자의 정리 _짝지어 배열하기
겔만의 쿼크모형 _제임스 조이스의 소설에서
su(3)대수와 쿼크모형 _대칭군과 연결 짓다

여섯 번째 만남 | 쿼크모형의 진화
한무영과 난부의 색깔이 있는 쿼크 _빛의 삼원색처럼
참 쿼크의 존재를 예언한 과학자들 _비요르켄, 일리오풀로스, 마이아니, 이휘소
참 쿼크의 필요성 _입자가속기의 실험 결과로부터
글루온 _마치 고무줄처럼
참 쿼크의 발견 _독립적으로 찾아낸 새로운 중간자
보텀 쿼크와 톱 쿼크 _이론에서 증거 수집을 거쳐 발견에 이르기까지

만남에 덧붙여
The Production of High Speed Light Ions Without the Use of High Voltages _로런스 논문 영문본
Charge Independence for V-particles _나카노-니시지마 논문 영문본
On a Composite Model for the New Particles _사카타 논문 영문본
Symmetries of Baryons and Mesons _겔만 논문 영문본
Discovery of a Narrow Resonance in e⁺ e⁻ Annihilation _릭터 논문 영문본
Experimental Observation of a Heavy Particle J _팅 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

인물정보

저자(글) 정완상 저자

과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다. 30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다. 초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다. 직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생들에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다. 〈과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈〉 중 《아인슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 31권과 〈과학공화국 법정 시리즈〉 50권을 집필했다. 최근에는 중학교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 〈개념 잡는 수학툰 시리즈〉를 출간했고, 노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어낸 〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈〉 20권을 완성했다. 우리나라의 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음을 이 책에 담았다.