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|  | 프레더릭 라인스 |  | |
| 미국 어빈 캘리포니아대학교의 프레더릭 라인스(Frederik Reines)와 스탠퍼드대학교의 마틴 펄(Martin L. Perl)은 우주의 모든 물질을 구성하는 기본적인 원자구성입자 중 하나인 중성미자와 타우 경입자를 발견한 공로로 1995년 노벨 물리학상을 공동수상했다. 라인스는 1950년대에 클라이드 코완 2세와 함께 뉴멕시코 주의 로스앨러모스국립연구소에서 중성미자의 존재를 입증하기 위해 연구했으며, 펄과 그의 동료들은 1970년대에 스탠퍼드 선형가속기 센터(Stanford Linear Accelerator Center/SLAC)에서 타우 경입자를 발견해냈다.
라인스와 펄이 발견한 입자들을 왕립과학아카데미는 ˝가장 주목할 만한 자연의 2가지 기본입자˝라고 규정했다. 물리학자들이 우주를 구성하는 원자구성입자와 그들 사이의 상호작용 또는 힘을 기술하는 데 사용하는, 소위 표준모형을 발전시키는 데 있어서 이 2가지 입자의 발견은 결정적인 역할을 했다. 표준모형은 모든 물질이 12종류의 입자로 구성되어 있음을 보여주는 것이었다. 6종류는 경입자로서, 이 부류는 뮤온뿐만 아니라 전자(원자의 중심인 핵 주위를 도는 음전하의 입자)와 3종류의 중성미자, 그리고 타우 경입자를 포함한다. 다른 6종류는 쿼크로서 이것들은 결합하여 핵의 양성자와 중성자를 구성한다. 이들 12종류의 입자는 3개의 족으로 나뉘는데 각각의 족은 2종류의 경입자와 2종류의 쿼크를 포함하고 있다.
중성미자를 최초로 정확하게 검출한 라인스와 코완의 업적은 표준모형의 초기 발전에 결정적인 역할을 했다. 1930년대 물리학자들은 물리학의 가장 중요한 원리 중 하나인 에너지 보존의 법칙을 뒷받침하기 위해 새로운 입자의 존재를 설명해내야 했는데 그 입자가 중성미자였다. 에너지 보존의 법칙에 의하면 에너지는 생성될 수도 파괴될 수도 없지만, 베타 붕괴라는 일종의 방사선 붕괴의 형태를 통해 사라지는 것으로 추정되었다. 이 법칙을 수호하기 위해 오스트리아 태생의 물리학자 볼프강 파울리는, 에너지가 소멸되는 것은, 전하를 갖고 있지 않으며 물질과 거의 상호작용하지 않는 입자에 에너지를 빼앗기기 때문이라고 주장했다. 이탈리아 태생의 물리학자 엔리코 페르미는 이 허깨비 입자를 ´작은 중성의 물질´이라는 이유로 중성미자라 이름지었다.
물리학자들은 중성미자가 실존한다는 사실을 재빨리 받아들였지만 상호작용을 피하는 것으로 보이는 입자 검출에 대한 시도는 그야말로 굉장한 도전이었다. 스웨덴왕립과학아카데미는 라인스와 코완이 1956년, ˝거의 불가능하게 보이던 일을 해내는 데 성공했으며 자유입자로서 존재한다고 상상하던 모양, 그 상태로부터 중성미자를 끌어냈다˝고 선정 이유를 밝혔다. 이 실험을 위해 라인스와 코완은 원자로로부터 방사되는 중성미자를 0.5㎥의 물이 담겨 있는 수조에 통과시켜, 이때 발생하는 상호작용을 확인하는 간단한 검출기를 만들었다. 상호작용은 물을 관찰하는 전자 장치에 기록된 빛의 희미한 섬광들로 관측할 수 있었다. 그들의 작은 중성미자 검출기는 1980년대와 1990년대에 태양이나 다른 별들로부터 방사되는 찾기 어려운 중성미자를 잡아보려는 시도에서 사용된, 거대한 수조나 넓은 용적의 바다, 심지어 남극의 얼음 같은 거대한 검출기의 효시이기도 했다.
1974~77년의 실험을 통해 펄과 그의 동료들이 타우 경입자를 발견하기 이전까지 물리학자들은 기본입자로는 오직 2족만이 존재한다고 생각했다. 타우 입자의 존재는 3번째 족에 대한 첫 증거였으며, 표준모형을 완성하는 데 필수적이었다. 펄과 동료들은 전자가 SLAC의 입자충돌기에서 그들의 반물질 상대인 양전자와 부딪칠 때 발생하는 입자 파편에서 새로운 경입자의 징후를 발견하고 이것을 ´타우´라고 이름붙였는데, 이는 ´3번째´라는 뜻의 그리스어 trilos의 첫번째 글자에 해당하는 것이다.
라인스는 1918년 3월 16일 미국 뉴저지 주 프린스턴에서 태어나 1944년 뉴욕대학교에서 박사학위를 받았다. 펄은 1927년 6월 24일 미국 뉴욕시티에서 태어나 1955년 컬럼비아대학교에서 박사학위를 받았다.
Michael Woods 글 | 朴勇煥 옮김
by http://preview.britannica.co.kr/spotlights/nobel/
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