“물리학 바이블 뒤집는 엄청난 충격”

“물리학 바이블 뒤집는 엄청난 충격”

 

“상대성이론은 과학계의 ‘바이블’(성경)이다. 만약 깨진다면 그 여파는 엄청날 수밖에 없다.” 김수봉(51) 서울대 물리천문학부 교수는 23일 서울신문과의 전화 인터뷰에서 “유럽입자물리연구소 (CERN)가 ‘빛보다 빠른 중성미자(뉴트리노)를 관찰했다’고 발표한 것은 상당히 충격적인 내용”이라면 서 “실험적 오류가 있었던 것 아닌가 하는 생각이 들 정도”라고 말했다. 김 교수는 뉴트리노 연구의 세계적 권위자다. 다음은 김 교수와의 일문일답. →물리학계에서는 뉴트리노가 빛보다 빨리 운동할 수 있을 가능성이 예견돼 왔나. -전혀 예상하지 못했다. 어제 출장에서 돌아와 보니 ‘빛보다 빠른 입자를 발견했다.’는 이메일이 와 있더라. 믿을 수 없는 일이라 스팸메일인 줄 알고 읽지도 않았다. 아직 해당 연구 내용에 대해 자세히 검토하지는 못했다. 중요한 것은 뉴트리노라는 특정 물질의 속도가 아니라 알베르트 아인슈타인의 특수상대성이론이 깨질 가능성이 제기됐다는 것이다. →만약 CERN의 발표가 사실이라면 그 여파는. -아인슈타인의 ‘빛보다 빠른 것은 없다.’는 주장은 물리학계에서 일종의 바이블이었다. 1905년 이 이론이 등장한 뒤 다양한 실험을 통해 검증이 됐고 모든 물리학이 특수 상대성 안에서 이상한 점 없이 잘 맞아떨어졌다. 여러 연구의 시작이었던 만큼 (만약 이 이론이 깨진다면) 충격은 상당할 수밖 에 없다. 물리학계에서는 천동설이 지동설로 바뀌는 것 정도의 충격일 것이다. →CERN의 발표에 오류 가능성은 없나. -검토하기 전이라 뭐라 말하기는 어렵지만 일본과 미국에서 CERN과 같은 실험이 진행됐는데 이번 같은 경우는 발견되지 않았다. 이번 실험은 하나의 뉴트리노가 다른 종의 뉴트리노로 변환될 수 있는 지를 확인하기 위해 진행된 것이다. 뉴트리노는 세 종류가 있는데 만약 서로 간 변환이 가능하다면 이 소립자가 질량을 갖는다는 뜻이다.   ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// “빛보다 0.00000006초 빨랐다” … 중성미자의 재발견   CERN·이탈리아 연구팀 발표 빛의 속도가 우주 만물 중에서 가장 빠르다는 아인슈타인의 특수상대성이론이 도전을 받게 됐다. 원자핵이 붕괴할 때 나오는 중성미자(中性微子·neutrino)가 빛보다 빨리 이동한다는 주장이 제기됐기  때문이다. 　스위스 제네바의 유럽입자물리연구소(CERN)와 로마 인근의 그란사소 이탈리아 국립물리실험실 연구팀은 23일(현지시간) CERN에서 지난 3년 동안 진행한 중성미자의 이동 속도 측정 실험 결과를 공개했다. <여기를 누르시면 크게 보실 수 있습니다> 　‘OPERA(Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus)’로 불리는 이번 실험은 CERN의 입자 가속기에서 나온 중성미자의 빔을 땅속을 통해 730㎞ 떨어진 그란사소 실험실로 쏘는 방식으로 진행 됐다. 그란사소 실험실 지하 1400m에는 1800t이나 되는 거대한 검출기가 있어 중성미자의 이동 속도 를 10나노초(秒·1나노초=10억 분의 1초) 단위로 측정할 수 있다. 중성미자는 전기적으로 중성(中性) 을 띠고 있어 다른 소립자들과 거의 반응을 하지 않는다. 질량이 전자의 10만 분의 1 정도로 아주 작아 지구 전체도 진공을 통과하듯이 쉽게 뚫고 지나간다. 　연구팀은 모두 1만6000회를 측정, 중성미자가 땅속으로 730㎞를 이동하는 데 0.00243초 걸리는 것 을 확인했다. 이는 같은 거리의 진공 공간을 빛이 이동하는 데 걸리는 시간보다 60나노초가 짧은 것 이다. 초당 이동거리로 환산하면 중성미자가 빛보다 1초에 619㎞ 정도 더 빨리 움직인 셈이다. 빛은 진공 상태에서 1초에 29만9792.458㎞를 이동한다. 　이번 실험 결과가 사실로 확인될 경우 아인슈타인의 특수상대성이론에 바탕을 둔 4차원 우주 모델 도 바뀌어야 하는 만큼 학계에서는 비상한 관심을 갖고 있다. 이탈리아 볼로냐 대학의 안토니오 지치 치(이론물리학) 교수는 네이처 매거진과의 인터뷰에서 “빛보다 빨리 이동하는 게 없다는 것이 아인슈 타인의 특수상대성이론이고, 이것이 흔들리는 셈”이라며 “끈이론(string theory) 등에서 예측하는 대 로 또 다른 차원이 추가된 우주 구조를 생각해야 할 것”이라고 말했다. 　하지만 일부 과학자는 신중한 입장을 보이고 있다. 특히 이번 실험대로라면 과거 지구에서 16만8000 광년 떨어진 초신성(1987a)의 폭발 때 중성미자의 파동(펄스)이 먼저 도달하고, 몇 년 뒤 ‘빛(섬광)’ 이 관측돼야 했으나 실제는 불과 몇 시간 차이에 불과했다는 점을 들어 회의적인 반응을 보이고 있다. 　한편 2007년에도 미국 미네소타주의 한 연구팀이 일리노이의 페르미 연구소에서 보내온 중성미자 로부터 유사한 실험 결과를 얻었으나, 검출기 위치 등으로 인해 불확실한 점이 있어 크게 부각시키지 않았다. ◆중성미자(中性微子·neutrino)=원자핵의 중성자가 방사선인 베타(β)선을 내며 붕괴할 때 양성자· 전자와 함께 생성되는 소립자다. 1934년 엔리코 페르미가 중성의 작은 입자라는 뜻으로 이 이름을 붙 였다. 우주에서 가장 많이 존재하는 입자다. ◆특수상대성이론(special theory of relativity)=‘광속(光速·c) 불변의 원리’를 바탕으로 한 아인슈 타인의 이론이다. 이 이론에 따르면 에너지(E)가 질량(m)으로 변환될 수도 있는데 이 관계를 나타낸 식이 ‘E=mc2’이다. 물체의 속도가 빨라져 빛의 속도 에 근접하면 질량이 무한정으로 늘어나기 때문에 빛의 속도를 뛰어넘을 수 없다고 이 이론은 설명한다.