[새통사-234차]과학기자가 만난 한국의 물리-천문학자 강연자 : 최준석 작가 강연 요약

1. 내가 만난 물리학자들

• 과학자 만나기
  • 과학자를 만나는 기자가 되다.
  • 세상을 움직이는 사람은 어떤 사람이고 그 사람들의 머리에는 어떤 것이 들었을까 궁금했음
    • 2018년 ETRI 에서 박성익, 조상래 박사
    • 2019년 물리학자
    • 2020년 화학자
    • 2021년 생명학자
    • 2022년 수학자
  • 김영기 시카고대 교수(고려대 물리학과 출신) : 입자물리학, 미국 물리학회 차기 회장
  • 담장 너머의 세상을 만남
    • 주간조선 편집장을 하면서 관심을 갖게 됨
    • 호기심과 재미 -> 과학 주제로 시사 기사화 -> 차별화
    • '나는 과학책으로 세상을 다시 배웠다' (2019.10)
    • 과학책 500권 읽으며, 과학자를 만남
    • 물리 열전 상,하권 물리 열전 상 3권 (사이언스북스) 다음 달 출판

2. 한국 입자물리학의 두 그룹

• 실험 물리 (교려대 강주상 교수)
  • 제자: 김선기, 박일흥, 김영기, 김홍주, 이무현, 양운기, 천병구 교수
  • 이휘소 박사의 제자, '이휘소 평전', 수리물리학, 양자물리학 교과서 펴냄
  • 이론물리학에서 실험물리학을 하기로 함
  • 일본 KEK(고에너지 물리학, 입자가속기가 있음)의 AMY 실험을 수행 -> 실험 분야의 논문발표회장이 활발해짐
  • 해외 물리 시험 참여 : 뉴욕주 로체스터 대학 스티븐 올슨 교수(KEK-PS 실험에서 연구년, 트리스탄 가속기를 보고 국제실험 제안), 에이미 실험에 강주상 교수가 함께 참여(1982) + 스티븐 스네처 - 중국 베이징 고에너지물리연구소(IHEP) 정지펑 박사를 끌어들임(1983)
  • KEK-AMY실험(1984-1995) : 트리스탄 가속기 - 전자-양전자 충돌 실험 : 강력과 전약력 정밀측정 및 새로운 입자발견이 목표
  • 암흑물질 실험 개척 (KIMS) : 김선기, 김영덕, 김홍주
  • 청평 발전소에서 암흑물질 실험 처음 시도 -> 지하실험연구단(양양에서 실험, 대전에서 원격 시험)
  • IBS지하실험연구단(단장:김영덕)
    • cosine-100-이현수
    • AMoRE 실험(중성미자검출실험)- 김영덕, 김홍주
• 입자물리학의 표준 모형 -> BSM (Beyond Standard Model)

• 암흑물질
  • 75% 암흑에너지, 20% 암흑물질, 5%일반 물질
  • Fritz Zwicki(1933)
    • 암흑물질을 발견, 캘리포니아 공대 천문학자
    • 머리털자리 은하단 중력 랜즈 방법으로 은하단의 질량을 잴 수 있는데, 설명이 안 되는 모습을 보고 이름을 지음
    • 윌슨산 천문대(허블은 우리 은하 외에 외부 은하가 있음을 관측, 우주가 팽창한다는 것을 발견)에서 암흑물질 관측
  • 베라 루빈(1970)
    • (미국)외부은하의 회전 속도가 너무 빠르다는 것을 관측 -> 태양과 가까운 행성은 빠르게, 멀리 있는 별은 천천히 돌아야 함.
    • 멀리 있는 은하가 빨리 도는 것을 관찰 => 눈에 보이지 않는 질량이 있어야 한다고 제시
    • 제임스 피블스 (2019 노벨상)
  • 프린스턴 이론물리학자
    • 암흑물질 이론으로 뒷바침
  • 총알 은하단(암흑물질 직접 증거) : 은하가 충돌하면 빨간색으로 충돌, 파란색 - 암흑물질: 일반물질과 분리된 물질,
• 중성미자
  • 전기를 띠지 않는 가벼운 입자

•  중성미자는 질량이 없어야 한다. (광자같은 입자)
• 최근 질량이 있다는 것이 발견 -> 중성미자의 질량은? (미스터리)
• 3가지 중성미자 외에 새로운 중성미자가 있을 것이다?
• 중성미자는 물질이면서 반물질이 아닐까?
• Majorana입자인가?
• 암흑물질 검출 세 가지 방식과 실험들
• 직접 검출 방식
  • COSINE-100실험(한국 IBS, 양양 양수발전소 ), 유럽의 DAMA 실험(이탈리아 그란사소, 유럽 대표 지하 실험실 1,400km 지하), ZENON실험, 미국 CDMS 실험
  • 원자핵에 충돌 시켜 질량을 확인해서 검출하는 방식

• 간접 검출 방식

• 우주에서 날아오는 우주선 연구 (우주에서 실험)
• Fermi-LAT
• AMS-2
• 아이스큐브 실험(남극)
• 슈퍼가미오칸데 (지하), 1000m 지하, 광증배관(PMT) 1만개가 필요한 기술 T2K 원격 검출기
• ....

• 암흑물질 직접 만들어 보기

• 스위스 제네바 LHC 27Km 길이 가속관
• 양성자-양성자 충돌 시험해서 나오는 입자를 분석해서 암흑물질이 만들어지는 지 확인
• 페르미연구소, 시카고 : 테바트론 입자가속기 -> DUNE(Deep Underground Neutrino Experiment, 중성미자, 1300km 떨어진 곳으로 보냄) 실험

• 한국의 천체입자물리학의 미래 : 예미 랩(Yemi LAB)

• 정선 예미산, 한덕철광 내 위치
• 한덕철광 공간에 설치 ,1km 지하 (배경 잡음이 없는 상태)

• 이론 물리 (김진의 교수)
  • 이시어도 라비, 실험물리학자(1944년 노벨상)
  • 리언 레더먼, 실험물리학자, 1988년 노벨물리학상, '신의 입자'책
  • 닐스 보어, 아인쉬타인, 오펜하이머, 폴 디렉, 이휘소, 스티븐 호킹, 하이젠베르그
  • 액시온 연구자, 암흑물질 후보, KSVZ 아주 가벼운 액시온 모델 제안 ( 액시온 질량은 1016 ~ 10-2eV, 액시온 붕괴에는 1050초, (우주나이 138억년 = 1018
  • WIMP검출 -> 코사인 시험
  • 액시온 연구단 -> 액시온 검출 목적으로 만든 연구단을 만듦 (야니스 세메르치디스 박사 연구단장)
  • 문지캠퍼스 창조관 오른쪽 반절을 액시온 연구단이 사용함
  • 극저온 냉동기(절대온도 0도) + 공진기, 1~8기가 헤르츠 대역 예상
  • AXION (세정제) : 강한 CP 문제를 해결하자는 의미에서 "액시온"이라고 이름 부름

• 미국 ADMX, 예일 ADMX-HF, 독일 MADMAX, 이탈리아 QUAX, ... ==> 지상자기를 이용
• 실험검출기를 만들고 있음 : 박종철 충남대 교수

• 조셉슨 접합 암흑물질 검출기
• 초전류가 흐르다가 멈추면, 저항이 생기고 전압이 나타나고 -> 암흑물질 확인
• 중성미자(neutrino) 실험
• 김수봉 전 서울대 교수 : 전남 영광원전 지하에서의 RENO실험 (미국 펜실베니아대학 학위), 연구는 일본 가미오칸데 실험, 태양에서 날아온 중성미자 관측
  • 중성미자 질량 측정 연구

• 서로의 질량차를 알아냄, 실제 질량은 아직 모름, 원전에서 중성미자(반중성미자)가 어마어마하게 나옴
• DAYA Bay 실험 (중국 왕이팡이 뒤통수를 침)
• 일본 JSNS2실험 - 네번째 중성미자 찾는 실험 중

• KNO(한국 중성미자 관측소) 추진 : 대구 비슬산이 후보지
• J-PARC (중국 Super-Kamiokande) : Tokai -> Kamioka -------> KNO 검출기(3500억 비용)
• 김영덕 IBS지하실험단 단장 : 중성미자이중베타붕괴실험(AMoRE), 미시건대학교 (이스트랜싱 소재) 핵물리학 박사)
• 한국의 입자물리학의 위치
• 노벨상 예고편 : 울프상, 래스커상(생리학상), 키플링상, 찰스 스타크 드레이퍼상, 교토상

Q&A

• 독자적인 모델, 방법론을 가지고 있는가?
  • 암흑 광자, 일반 물질과 상호 작용
  • 액숀모델
• 세계적인 연구를 한국에 많이 소개하여, 과학 연구에 대해 보는 국민들의 눈을 높이려는 노력을 함
• 과학 공부를 하면서 바뀐 점
  • 생물에 대한 시선이 바뀜. 식생활이 바뀜
  • 나 중심으로 보던 시선을 주변 동식물을 함께 보고, 우주 138억년으로 멀어지고 시공의 사유가 가능해짐
• 핵융합 연구분야가 세계적인 점프를 할 수 있었던 이유? (성단근) 이경수 박사(과기정통부)
  • 종합기술, 외국 플라즈마 연구는 랩단위 연구-> 거대 프로젝트를 하기 힘듬
  • 우리나라는 국가레벨에서 연구소를 만들어 프로젝트 수행
  • 주물 공업, 심해저 굴착과 같은 극한 기술 support가 되기 때문이 아닐까 생각함 (성단근)