남부 요이치로 등 일본인 3명 노벨물리학상

7일 노벨물리학상을 받은 고바야시 마코토, 마스카와 도시히데, 남부 오이치로 박사 (왼쪽부터) AP연합

우주 자연 ‘대칭성 깨짐’ 발견

올해 노벨물리학상은 우주 자연의 ‘대칭성 깨짐’을 처음 발견해 현대 입자물리학 표준모형 확립에 이바지한 일본계 물리학자 3명한테 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학아카데미는 7일 일본인 출신의 미국 물리학자 남부 요이치로(87·시카고대학 명예교수)와 일본 물리학자 고바야시 마코토(64·고에너지가속기연구기구 명예교수), 마스카와 도시히데(68·교토대 기초물리학연구소 명예교수)를 노벨물리학상의 공동 수상자로 선정했다고 밝혔다. 이로써 노벨상을 수상한 일본인은 남부를 포함해 모두 15명으로 늘어났다. 남부는 우리가 경험하는 우주 자연이 사실 ‘대칭성 깨짐’의 상태에 있을 수 있음을 수학적 메커니즘으로 처음 규명한 업적을 인정받았다. 또 고바야시와 마스카와는 우주 물질의 기원을 설명하는 대칭성 깨짐 가설을 제시하고, 최소 3개 세대의 쿼크 입자들이 존재함을 찾아낸 공로를 인정받았다. 이들의 발견은 입자물리학 표준모형을 떠받치는 토대가 됐다.

대칭성 깨짐은 1960년 남부의 수학적 가설을 통해 처음 제시됐다. 남부는 자연법칙이 본래 대칭성을 지니지만 현실에서 뒤죽박죽으로 보이는 건 이런 대칭성이 깨져 숨어 있기 때문이라는 가설을 수학으로 규명했다. ‘신의 입자’로 불리는 힉스 입자의 존재가 제시된 건 남부의 이론 덕분이었다. 힉스는 대칭성 깨짐을 일으켜 질량을 부여하는 입자로 제시됐다.

대칭성 깨짐은 12년 뒤 고바야시와 마스카와로 이어졌다. 1972년 두 학자는 표준모형에는 ‘비연속적 대칭성’(CP 대칭성)이 깨져 있을 수밖에 없다는 가설을 제시했다. 이런 대칭성이 깨져 있어야 우주는 지금처럼 물질로 이뤄질 수 있게 된다. 왜냐하면 140억년 전 우주 태초에 대칭성이 유지돼 물질과 반물질이 같은 양으로 존재했다면 서로 작용해 지금 우주엔 아무것도 없겠지만, 대칭성이 깨져 여분의 물질 입자들이 살아남아 물질 우주가 탄생했다는 것이다. 대칭성 깨짐은 2001년 시작된 미국과 일본의 가속기 실험을 통해 최근 입증됐다. 전응진 고등과학원 교수(물리학)는 “대칭성 깨짐은 표준모형의 토대를 이루는 만큼 이들이 물리학과 우주론에 기여한 바는 매우 크다”며 “새로운 거대강입자가속기(LHC)의 실험이 대칭성 깨짐과 관련한 새로운 사실을 밝혀낼지 주목된다”고 말했다.

오철우 기자 [e-mail]