수상 업적

The Nobel Prize in Physics 1995 was awarded “for pioneering experimental contributions to lepton physics” jointly with one half to Martin L. Perl “for the discovery of the tau lepton” and with one half to Frederick Reines “for the detection of the neutrino”. 1995년 노벨 물리학상은 “렙톤 물리학에 대한 선구적 업적”으로 마틴 펄에게, “뉴트리노의 검출”로 프레더릭 라인스에게 각각 수여되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분. 물리학자들은 모든 물질, 예를 들어 우리 신체를 구성하는 모든 물질들은 쿼크와 렙톤으로 이루어져 있다고 믿고 있습니다. 쿼크는 무거운 입자들이며 렙톤은 가벼운 입자들입니다. 원자핵을 구성하는 기본입자인 쿼크에는 두 종류가 있습니다. 원자핵 외부에 존재하는 렙톤도 역시 두 종류가 있습니다. 첫 번째 렙톤인 전자는 전기적인 전하와 측정 가능한 질량을 가지고 있습니다. 그리고 두 번째 렙톤인 뉴트리노는 전하와 질량이 없습니다. 네 개의 구성원이 있는 하나의 쿼크`―`렙톤족은 오늘날 우주에 있는 모든 물질을 설명하기에 충분합니다. 우주는 매우 오래된 역사를 가지고 있습니다. 초기 우주는 오늘날과는 완전히 다른 환경이었습니다. 그 당시 우주의 온도는 매우 높았으며 매우 많은 에너지가 집중되어 있었습니다. 이런 환경에서는 다른 쿼크`―`렙톤족들이 많이 존재했습니다. 물리학자들은 가속기를 사용해 짧은 순간이나마 높은 온도와 압력이라는 극단적인 조건을 재현해 두 번째와 세 번째의 쿼크`―`렙톤족을 만들었습니다. 그러나 그것이 전부였습니다. 물리학자들은 현존하는 입자물리학의 패러다임에서 네 번째 쿼크`―`렙톤족이 없다는 것을 보였습니다. 오랜 기간 이루어진 발견은 쿼크`―`렙톤은 세 종류가 있다는 것을 증명하고 있습니다. 세 종류 중 두 종류를 발견한 업적에 대해 올해의 노벨 물리학상이 수여됩니다. 두 업적 모두 렙톤의 발견에 해당됩니다. 하나는 첫 번째 쿼크`―`렙톤족의 발견에 해당하고 다른 것은 세 번째 쿼크`―`렙톤족에 해당됩니다. 두 발견 모두 물리학에서의 심오하고 기초적인 질문에 대한 해답을 줍니다. 돌아가신 코원 박사와 함께 프레더릭 라인스 박사는 쿼크`―`렙톤족에 대한 개념이 나타나기 전 이미 첫 번째 쿼크`―`렙톤족에서 전자의 동생인 뉴트리노를 검출했습니다. 이 발견은 거의 25년 동안 기다려 온 발견이었습니다. 그 존재가 증명될 때까지 뉴트리노는 특정한 유형의 방사선 붕괴에서 에너지보존법칙을 만족하기 위해 도입된 상상의 산물로 취급되었습니다. 또한 뉴트리노가 존재한다 하더라도 뉴트리노의 실질적인 존재를 증명하는 것은 불가능해 보였습니다. 뉴트리노는 빛의 속도로 모든 관측자들에게 검출되지 않고 지나갔습니다. 라인스 교수 이전에는 아무도 알아차리지 못했지만 핵반응기는 매우 많은 수의 뉴트리노를 방출해야만 한다는 것을 알아냈습니다. 1950년대에 그와 코원 박사는 찾기 어려운 몇 개의 아원자입자를 적어도 몇 개 포착할 수 있는 방법을 개발했습니다. 몇 번의 실패 끝에 그들은 뉴트리노의 존재를 입증할 만한 결과를 낼 수 있는 실험을 고안했습니다. 뉴트리노의 발견은 현대물리학의 획기적인 사건이 되었습니다. 이 실험은 뉴트리노물리학이라는 새로운 연구 분야를 열었습니다. 라인스 교수는 이 연구에서 핵심적인 역할을 수행했습니다. 현재까지 알려진 렙톤은 세 종류입니다. 첫 번째는 전자로서 1897년에 발견되었습니다. 두 번째는 새롭게 발견된 뉴트리노입니다. 세 번째는 뮤온으로서 전자의 더 무거운 버전으로 기본입자 중 기이한 입자입니다. 이 그림에는 아직까지 쿼크가 포함되지 않았습니다. 전자보다 훨씬 무거운 세 번째 입자가 있을지도 모른다는 생각은 1960년대에 처음 등장하였습니다. 그러나 이러한 입자는 일반적으로 기존의 이론으로는 설명할 수 없었습니다. 그와 같은 무거운 렙톤의 존재를 실험적으로 입증하기란 거의 불가능해 보였습니다. 그러나 넘기 어려운 벽이라는 것이 도리어 많은 물리학자들을 끌어당기는 힘처럼 작용했습니다. 스탠퍼드 대학교의 마틴 펄 교수는 이 문제를 해결할 수 있는 실험을 계획했습니다. 실험을 위해서는 충분히 강력한 에너지원이 필요했는데 그 당시 스탠퍼드 대학교는 이런 목적에 걸맞은 세계에서 가장 강력한 가속기를 보유하고 있었습니다. 또한 새로운 렙톤이 어떤 방식으로 행동할 것인지를 이해할 수 있는 이론적 방법이 필요했습니다. 그 당시에는 렙톤의 거동에 대해 알려진 것이 별로 없었기 때문에 렙톤의 거동을 실험적으로 관찰하기 위해서는 많은 이론 및 실험적 기법을 스스로 만들어야 했습니다. 펄 교수와 동료들은 1897년에 발견된 전자보다 거의 4,000배 무거운 세 번째 렙톤을 발견해 1975년에 논문으로 제출하면서 매우 중요한 발견을 했다고 선언했습니다. 그들은 세 번째 쿼크`―`렙톤족의 첫 번째와 최종 쿼크`―`렙톤족을 확인했습니다. 새롭게 발견된 입자는 전자의 엄청나게 무거운 사촌으로서 타우 또는 타우 렙톤이라고 명명되었으며 기본입자족을 결정적으로 이해할 수 있는 핵심적인 역할을 제공했습니다. 앞으로 언젠가는 타우 뉴트리노와 그것의 자매 렙톤은 우주에서 잃어버린 질량의 상당한 부분을 설명하고 초신성 폭발이론과 우주론에 중요한 역할을 할 수 있을 것입니다. 타우 렙톤 그 자체는 물질이 어떻게 해서 우리가 질량이라고 부르는 성질을 얻게 되었는지에 대한 미래의 이론을 테스트하는 데 결정적인 중요성을 가질 것입니다. 펄 교수님, 그리고 라인스 교수님. 여러분은 렙톤물리학의 이해에 대한 공헌으로 1995년 노벨 물리학상을 수상하게 되었습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대신하여 제가 축하를 드릴 수 있어서 영광스럽고 기쁩니다. 이제 국왕 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.