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[앵커]
올해 노벨 물리학상은 중성미자가 질량을 가지고 있다는 것을 처음으로 증명해낸 일본과 캐나다의 과학자에게 돌아갔는데요, 특히 일본은 2년 연속 노벨 물리학상 수상자를 배출하면서 과학 강국의 면모를 보여줬습니다.
이 시간에는 서울대 물리천문학부 김수봉 교수를 전화로 연결해, 올해 노벨 물리학상에 선정된 과학자와 연구 내용에 대해 자세히 알아보겠습니다.
교수님, 안녕하십니까?
먼저 올해 노벨 물리학상 수상자로 선정된 2명의 과학자에 대해서 간단하게 소개해주시죠.
[인터뷰]
카지타 교수는 동경대학교 우주선연구소 소장이고요.
1998년 지구 대기에서 우주선에 의해서 만들어진 중성미자가 진동 변환하는 것을 처음으로 발견한 분입니다.
그리고 맥도널드 교수는 캐나다 퀸스대학 명예교수이고 2000년 초에 서드베리 광산에 설치한 실험장비로 태양에서 날아오는 중성미자가 진동 변환함을 알아낸 분입니다.
[앵커]
두 과학자 모두 '중성미자'에 대한 연구로 노벨상 수상의 영예를 안게 됐는데요.
과학자들은 중성미자를 '유령 입자' 라고 부른다고도 하던데, '중성미자'가 무엇인지 시청자분들이 알기 쉽게 설명해주시죠.
[인터뷰]
중성미자는 핵이 분개할 때 나오는 소입자입니다. 물질과 거의 반응을 하지 않아서 관찰하기 어려워 실험 학자들을 오랫동안 골탕먹인 입자이기도 합니다.
그래서 유령 입자라고 부르게 되었습니다. 태양 중심의 핵융합에서 나오고 원자력 발전소에는 핵이 붕괴할 때도 나옵니다.
태양에서 오는 중성미자는 우리 엄지손톱만큼의 면적을 매초 약 700억 개를 통과하는데요. 근데 우리는 전혀 느낄 수 없는 거의 겨우 존재하는 입자이기도 합니다.
1930년에 핵붕괴에서 중성미자가 나올 것이라 유명한 물리학자가 예언했고 결코 볼 수 없을 것이라 했는데 약 25년이 지난 후에 원자력 발전소에서 나오는 중성미자를 발견해서 노벨상을 수상하였습니다.
[앵커]
그렇다면 가지타 교수와 맥도널드 교수의 연구를 통해 '중성미자'에 대해서 새롭게 밝혀진 부분은 무엇인가요?
[인터뷰]
중성미자는 세 종류가 있는데요. 이 세 종류 중성미자가 시간에 지남에 따라 서로 다른 종류로 변하는 현상을 진동 변환이라고 합니다.
이것을 처음 발견해 물리학계에 엄청난 파장을 일으킨 겁니다. 이 실험 결과 이전에는 중성미자의 질량이 있는지 없는지 알 수 없었는데요. 진동 변환은 질량이 서로 다른 경우에만 일어나는데 이 결과는 적어도 중성미자의 질량이 존재한다는 굉장히 놀라운 사실이었습니다.
그동안 입자 물리학계의 바이블이라고 할 수 있는 표준 모형이 중성미자의 질량이 없다고 가정했는데 중성미자의 질량 존재가 밝혀짐으로써 이 표준 모형의 보완이 필요하다는 즉, 새로운 물리학이 존재한다는 것을 의미합니다.
[앵커]
'중성미자'를 둘러싸고 있던 미스터리를 두 과학자가 풀었다고 볼 수 있겠군요.
실제로 교수님께서는 가지타 교수의 연구에 참여하신 적이 있으시죠?
가지타 교수의 연구는 어떤 방식으로 이뤄졌습니까?
[인터뷰]
두 분 모두 절친한 사이인데요. 어제 수상자가 발표한 후에 축하 이메일을 보냈습니다. 가지타 교수는 제가 펜실베니아대학 박사 학위 논문 연구를 할 때 동경대학과 함께 실험한 후에 약 20년간 실험을 같이한 사이입니다. 이번 수상 공적에 있는 1998년 논문에도 서울대 연구팀으로서 저도 함께 공저자이기도 하고요.
몇 년 전에는 한국에서 미래 실험을 진행하기 위해서 함께 고민한 적도 있었습니다. 가지타 교수는 연구원 시절 우주선이 지구 대기에서 충돌에서 만든 중성미자가 지하 검출기 바로 위쪽 대기에서 약 20~30km 비교적 짧은 거리를 날아왔을 때는 원래 예측한 양을 그대로 관측했고 지구 반대편 브라질 위에 있는 대기에서 날아온 중성미자는 12,000km 먼 거리를 지나면서 절반 정도로 줄어든 것을 알아낸 것입니다.
날아오는 도중에 다른 종류의 중성미자로 바뀌게 되어 절반 정도로 줄어든 것을 밝혀낸 것입니다.
[앵커]
연구에 폐광까지 이용했다고 하던데요?
[인터뷰]
우주선을 피해서 지하로 들어가야 하는데요. 그러려면 돈이 너무 많이 드니깐 이미 광산으로 다 사용한 것을 이용하게 되면 조금 저렴한 비용으로 실험할 수 있는 것입니다.
[앵커]
공동 수상자인 맥도날드 교수는 중성미자가 변하는 것을 다른 방식으로 관측하고 접근했을 거 같은데요, 어떻습니까?
[인터뷰]
제가 박사 학위 연구로서 태양에서 나오는 중성미자를 물을 채운 실험장비로 책정했었는데 예상했던 양의 절반 정도만 측정되고 이것이 태양에서 날아오는 도중에 다른 중성미자로 변하여 측정하지 못한 것이 아니냐고 학계에서 추측을 해봤습니다.
그런 다음에 이 맥도널드 교수는 원자로에서 사용하는 무거운 중수를 정부로부터 빌려서 다른 종류로 변환한 중성미자가 어떤 것인지 측정해서 태양에서 날아오는 도중에 중성미자가 다른 종류로 변한다는 것을 입증한 것입니다.
[앵커]
일본 가지타 교수의 스승도 중성미자 연구로 노벨상을 탔다면서요?
중성미자 연구자에게 이번까지 네 번이나 노벨상이 주어졌습니다.
이렇게 노벨위원회가 중성미자를 주목하는 특별한 이유가 있습니까?
[인터뷰]
앞에서 말씀드린 대로 중성미자가 유령 입자라고도 불리는데요. 그것은 물질화 반응이 아주 미약해서 측정하기 매우 어렵고 질량을 비롯한 측정되지 않는 성질이 많이 있습니다.
그래서 중성미자의 성질이 하나씩 밝혀질 때마다 노벨상이 주어졌다고 보시면 됩니다. 중성미자는 우주에서 빛 다음으로 많은 물질이고 태양이 오랫동안 빛날 수 있고 초신성과 같이 별이 폭발하는 데 없어서는 안 될 매우 중요한 역할을 하는 고입자입니다. 그래서 현재 우주가 존재하고 형성되는 데 없어서는 안 될 매우 중요한 입자라서 그런 것 같습니다.
[앵커]
지난해에 이어서 올해도 일본인 노벨 과학상 수상자 두 명이나 나왔는데요, 이렇게 일본에서 노벨 과학상 수상자가 계속해서 나올 수 있었던 배경은 무엇이라고 보십니까?
[인터뷰]
제가 생각하기에는 일본이 현대 과학에 투자한 것이 벌써 100년이 넘었는데 응용 연구뿐만 아니라 그동안 기초과학에 꾸준히 투자한 결과가 나타나는 것으로 생각합니다. 유행만을 쫓아서 이것저것 여러 연구를 하는 것이 아니라 한 분야에 집중해서 오랫동안 끈기있게 연구를 할 수 있는 분위기를 조성한 일본 과학 문화 중심의 저력 덕분이라고 생각합니다.
우리나라도 과학에 본격적으로 투자한 것이 30년이 채 안 되는데요. 양적인 성적은 눈부실 정도로 이루어졌지만, 연구비를 따내기 위해 주기가 짧은 연구만 하는 것이 아닌가에 대한 반성이 필요하다고 봅니다.
[앵커]
그렇다면 교수님, 우리나라의 중성미자를 포함한 입자 물리학 분야의 연구 수준은 어느 정도라고 할 수 있나요?
[인터뷰]
입자 물리학에서는 수조 원의 비용이 드는 가속기가 있는데 그 가속기가 우리나라에는 없어서 해외에 가서 연구할 때마다 실험하게 되는데요. 근데 최근 우리나라에서도 영광원자력발전소 부근에 중성미자 변환 측정하는 실험을 진행에서 세계가 주목할 만한 결과를 낼 만큼 상당한 수준으로 진입했다고 보시면 됩니다.
그래서 일본과 같이 이 분야에 좀 더 과감한 집중적인 투자가 이루어지면 우리도 이 분야에서 노벨상 수상을 기대해 볼 만하지 않을까 생각하고 있습니다.
[앵커]
나아가 우리나라에서도 노벨 물리학상 수상자 나올 수 있도록 연구 수준을 한 단계 더 높이려면 어떤 노력이 필요할까요?
[인터뷰]
우리가 직접 실험 장비를 설계, 제작해서 세상에 하나뿐인 장비로 이전에 없던 새로운 측정결과를 내는 것이 필요하다고 봅니다.
그러기 위해서는 기초 과학연구에 꾸준한 투자와 기다려주는 인내심이 요구됩니다. 그리고 남을 쫓아가는 연구만이 아니라 노벨상이 기대될 만큼 새로운 지평을 여는 연구분야에 과감한 투자가 필요하다고 생각합니다.
[앵커]
지금까지 서울대 물리천문학부 김수봉 교수와 함께 이야기 나눴습니다.
교수님, 오늘 말씀 감사합니다.
[저작권자(c) YTN 무단전재, 재배포 및 AI 데이터 활용 금지]
올해 노벨 물리학상은 중성미자가 질량을 가지고 있다는 것을 처음으로 증명해낸 일본과 캐나다의 과학자에게 돌아갔는데요, 특히 일본은 2년 연속 노벨 물리학상 수상자를 배출하면서 과학 강국의 면모를 보여줬습니다.
이 시간에는 서울대 물리천문학부 김수봉 교수를 전화로 연결해, 올해 노벨 물리학상에 선정된 과학자와 연구 내용에 대해 자세히 알아보겠습니다.
교수님, 안녕하십니까?
먼저 올해 노벨 물리학상 수상자로 선정된 2명의 과학자에 대해서 간단하게 소개해주시죠.
[인터뷰]
카지타 교수는 동경대학교 우주선연구소 소장이고요.
1998년 지구 대기에서 우주선에 의해서 만들어진 중성미자가 진동 변환하는 것을 처음으로 발견한 분입니다.
그리고 맥도널드 교수는 캐나다 퀸스대학 명예교수이고 2000년 초에 서드베리 광산에 설치한 실험장비로 태양에서 날아오는 중성미자가 진동 변환함을 알아낸 분입니다.
[앵커]
두 과학자 모두 '중성미자'에 대한 연구로 노벨상 수상의 영예를 안게 됐는데요.
과학자들은 중성미자를 '유령 입자' 라고 부른다고도 하던데, '중성미자'가 무엇인지 시청자분들이 알기 쉽게 설명해주시죠.
[인터뷰]
중성미자는 핵이 분개할 때 나오는 소입자입니다. 물질과 거의 반응을 하지 않아서 관찰하기 어려워 실험 학자들을 오랫동안 골탕먹인 입자이기도 합니다.
그래서 유령 입자라고 부르게 되었습니다. 태양 중심의 핵융합에서 나오고 원자력 발전소에는 핵이 붕괴할 때도 나옵니다.
태양에서 오는 중성미자는 우리 엄지손톱만큼의 면적을 매초 약 700억 개를 통과하는데요. 근데 우리는 전혀 느낄 수 없는 거의 겨우 존재하는 입자이기도 합니다.
1930년에 핵붕괴에서 중성미자가 나올 것이라 유명한 물리학자가 예언했고 결코 볼 수 없을 것이라 했는데 약 25년이 지난 후에 원자력 발전소에서 나오는 중성미자를 발견해서 노벨상을 수상하였습니다.
[앵커]
그렇다면 가지타 교수와 맥도널드 교수의 연구를 통해 '중성미자'에 대해서 새롭게 밝혀진 부분은 무엇인가요?
[인터뷰]
중성미자는 세 종류가 있는데요. 이 세 종류 중성미자가 시간에 지남에 따라 서로 다른 종류로 변하는 현상을 진동 변환이라고 합니다.
이것을 처음 발견해 물리학계에 엄청난 파장을 일으킨 겁니다. 이 실험 결과 이전에는 중성미자의 질량이 있는지 없는지 알 수 없었는데요. 진동 변환은 질량이 서로 다른 경우에만 일어나는데 이 결과는 적어도 중성미자의 질량이 존재한다는 굉장히 놀라운 사실이었습니다.
그동안 입자 물리학계의 바이블이라고 할 수 있는 표준 모형이 중성미자의 질량이 없다고 가정했는데 중성미자의 질량 존재가 밝혀짐으로써 이 표준 모형의 보완이 필요하다는 즉, 새로운 물리학이 존재한다는 것을 의미합니다.
[앵커]
'중성미자'를 둘러싸고 있던 미스터리를 두 과학자가 풀었다고 볼 수 있겠군요.
실제로 교수님께서는 가지타 교수의 연구에 참여하신 적이 있으시죠?
가지타 교수의 연구는 어떤 방식으로 이뤄졌습니까?
[인터뷰]
두 분 모두 절친한 사이인데요. 어제 수상자가 발표한 후에 축하 이메일을 보냈습니다. 가지타 교수는 제가 펜실베니아대학 박사 학위 논문 연구를 할 때 동경대학과 함께 실험한 후에 약 20년간 실험을 같이한 사이입니다. 이번 수상 공적에 있는 1998년 논문에도 서울대 연구팀으로서 저도 함께 공저자이기도 하고요.
몇 년 전에는 한국에서 미래 실험을 진행하기 위해서 함께 고민한 적도 있었습니다. 가지타 교수는 연구원 시절 우주선이 지구 대기에서 충돌에서 만든 중성미자가 지하 검출기 바로 위쪽 대기에서 약 20~30km 비교적 짧은 거리를 날아왔을 때는 원래 예측한 양을 그대로 관측했고 지구 반대편 브라질 위에 있는 대기에서 날아온 중성미자는 12,000km 먼 거리를 지나면서 절반 정도로 줄어든 것을 알아낸 것입니다.
날아오는 도중에 다른 종류의 중성미자로 바뀌게 되어 절반 정도로 줄어든 것을 밝혀낸 것입니다.
[앵커]
연구에 폐광까지 이용했다고 하던데요?
[인터뷰]
우주선을 피해서 지하로 들어가야 하는데요. 그러려면 돈이 너무 많이 드니깐 이미 광산으로 다 사용한 것을 이용하게 되면 조금 저렴한 비용으로 실험할 수 있는 것입니다.
[앵커]
공동 수상자인 맥도날드 교수는 중성미자가 변하는 것을 다른 방식으로 관측하고 접근했을 거 같은데요, 어떻습니까?
[인터뷰]
제가 박사 학위 연구로서 태양에서 나오는 중성미자를 물을 채운 실험장비로 책정했었는데 예상했던 양의 절반 정도만 측정되고 이것이 태양에서 날아오는 도중에 다른 중성미자로 변하여 측정하지 못한 것이 아니냐고 학계에서 추측을 해봤습니다.
그런 다음에 이 맥도널드 교수는 원자로에서 사용하는 무거운 중수를 정부로부터 빌려서 다른 종류로 변환한 중성미자가 어떤 것인지 측정해서 태양에서 날아오는 도중에 중성미자가 다른 종류로 변한다는 것을 입증한 것입니다.
[앵커]
일본 가지타 교수의 스승도 중성미자 연구로 노벨상을 탔다면서요?
중성미자 연구자에게 이번까지 네 번이나 노벨상이 주어졌습니다.
이렇게 노벨위원회가 중성미자를 주목하는 특별한 이유가 있습니까?
[인터뷰]
앞에서 말씀드린 대로 중성미자가 유령 입자라고도 불리는데요. 그것은 물질화 반응이 아주 미약해서 측정하기 매우 어렵고 질량을 비롯한 측정되지 않는 성질이 많이 있습니다.
그래서 중성미자의 성질이 하나씩 밝혀질 때마다 노벨상이 주어졌다고 보시면 됩니다. 중성미자는 우주에서 빛 다음으로 많은 물질이고 태양이 오랫동안 빛날 수 있고 초신성과 같이 별이 폭발하는 데 없어서는 안 될 매우 중요한 역할을 하는 고입자입니다. 그래서 현재 우주가 존재하고 형성되는 데 없어서는 안 될 매우 중요한 입자라서 그런 것 같습니다.
[앵커]
지난해에 이어서 올해도 일본인 노벨 과학상 수상자 두 명이나 나왔는데요, 이렇게 일본에서 노벨 과학상 수상자가 계속해서 나올 수 있었던 배경은 무엇이라고 보십니까?
[인터뷰]
제가 생각하기에는 일본이 현대 과학에 투자한 것이 벌써 100년이 넘었는데 응용 연구뿐만 아니라 그동안 기초과학에 꾸준히 투자한 결과가 나타나는 것으로 생각합니다. 유행만을 쫓아서 이것저것 여러 연구를 하는 것이 아니라 한 분야에 집중해서 오랫동안 끈기있게 연구를 할 수 있는 분위기를 조성한 일본 과학 문화 중심의 저력 덕분이라고 생각합니다.
우리나라도 과학에 본격적으로 투자한 것이 30년이 채 안 되는데요. 양적인 성적은 눈부실 정도로 이루어졌지만, 연구비를 따내기 위해 주기가 짧은 연구만 하는 것이 아닌가에 대한 반성이 필요하다고 봅니다.
[앵커]
그렇다면 교수님, 우리나라의 중성미자를 포함한 입자 물리학 분야의 연구 수준은 어느 정도라고 할 수 있나요?
[인터뷰]
입자 물리학에서는 수조 원의 비용이 드는 가속기가 있는데 그 가속기가 우리나라에는 없어서 해외에 가서 연구할 때마다 실험하게 되는데요. 근데 최근 우리나라에서도 영광원자력발전소 부근에 중성미자 변환 측정하는 실험을 진행에서 세계가 주목할 만한 결과를 낼 만큼 상당한 수준으로 진입했다고 보시면 됩니다.
그래서 일본과 같이 이 분야에 좀 더 과감한 집중적인 투자가 이루어지면 우리도 이 분야에서 노벨상 수상을 기대해 볼 만하지 않을까 생각하고 있습니다.
[앵커]
나아가 우리나라에서도 노벨 물리학상 수상자 나올 수 있도록 연구 수준을 한 단계 더 높이려면 어떤 노력이 필요할까요?
[인터뷰]
우리가 직접 실험 장비를 설계, 제작해서 세상에 하나뿐인 장비로 이전에 없던 새로운 측정결과를 내는 것이 필요하다고 봅니다.
그러기 위해서는 기초 과학연구에 꾸준한 투자와 기다려주는 인내심이 요구됩니다. 그리고 남을 쫓아가는 연구만이 아니라 노벨상이 기대될 만큼 새로운 지평을 여는 연구분야에 과감한 투자가 필요하다고 생각합니다.
[앵커]
지금까지 서울대 물리천문학부 김수봉 교수와 함께 이야기 나눴습니다.
교수님, 오늘 말씀 감사합니다.
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