원자력 에너지의 비밀…'강력의 탄생'

김현철 인하대 교수가 쓴 핵물리학의 역사

프랑스의 물리학자 앙리 베크렐은 1896년 우라늄 조각에서 강력한 에너지가 발산한다는 사실을 알게 됐다.

그가 실험에 이용한 우라늄 조각은 외부의 에너지를 받지 않고도 광선을 뿜어냈다.

며칠이 지나도, 아니 한 달이 지나도 광선의 세기는 줄어들지 않았다.

베크렐은 이를 'U-선'(uranic rays)이라 명명했다.

그로부터 2년이 지난 어느 날, 베크렐의 연구실 문을 누군가 두드렸다.

마리 퀴리와 피에르 퀴리 부부였다.

베크렐의 연구를 토대로 연구에 매진한 마리와 피에르는 1903년 라듐 연구로 노벨 물리학상을 받았다.

이후에도 라듐 연구에 매진한 마리는 1911년 노벨 화학상도 수상했다.

이들의 뛰어난 연구는 원자력 발전 연구에 초석이 됐다.

김현철 인하대 물리학과 교수가 쓴 '강력의 탄생'은 원자핵의 탄생과 발전 과정을 조명한 교양서다.

엑스선이 발견된 1895년부터 파이온을 찾아낸 1947년까지 과학자들의 끈질긴 노력과 통찰을 담았다.

19세기 말 방사선의 발견은 인류에게 신세계를 보여줬다.

뢴트겐이 찾아낸 엑스선, 베크렐과 퀴리가 찾아낸 방사선은 원자의 세계로 들어가는 길을 열어젖혔다.

핵과 양성자, 중성자 등의 발견이 잇따랐다.

그러나 과학계는 곧 난관에 봉착했다.

핵 안에 있는 양성자와 중성자를 묶어주는 힘('강력')에 대해 깔끔한 설명을 할 수 없었던 것이다.

양성자와 양성자는 같은 전기를 띤다.

그래서 서로를 밀어낸다.

중성자끼리는 전기가 없으니 서로 붙을 수 없었다.

도대체 어떤 힘이 핵 안에 양성자와 중성자를 가둬두는지에 의문은 풀리지 않았다.

해결의 실마리는 유럽이 아니라 당시만 해도 과학의 변방이었던 일본에서 나왔다.

당시로서는 무명이었으며 내성적이었던 물리학자 유카와 히데키는 1935년 일본 수물학회지에 발표한 영어 논문을 통해 '강력'이라는 힘의 존재를 설명했다.

유카와는 가상의 입자를 도입해 핵의 구조를 설명하면서 강력을 언급했다.

중간자 이론이라고 불리는 이 놀라운 통찰은 당시 동료 교수들에게조차 별다른 시선을 끌지 못했다.

10여 년 후 영국 물리학자 세실 파월이 파이온을 발견하며 강력의 존재를 실증한 후에야 비로소 그는 물리학 '명예의 전당'에 올랐다.

유카와는 1949년 중간자 이론으로 노벨물리학상을 일본이 최초로 받았다.

책은 유카와가 '강력'을 발견하고, 파월이 이를 실증할 때까지의 기나긴 도정을 소개한다.

그 과정에서 수학적 대칭의 아름다움을 끝까지 밀어붙여 양자역학을 완성한 폴 디랙, 이온을 만들어내는 방사선의 특성을 이용해 측정 장치를 만들고 획기적인 실험을 설계한 어니스트 리더퍼드 등 물리학자들의 모험과 고통, 그리고 집념을 담았다.

김 교수는 서문에서 "모든 이론과 기술 뒤에는 사람들의 이야기가 있었다.

알면 알수록 서사로 가득한 이야기였다"고 소개한다.

계단. 432쪽. 2만원.


/연합뉴스