중성 미자 망원경 내부 의 광원 튜브 . 요즘 과학 계 에선 중성 미자 ( Neutrion ) 가 큰 관심거리 다 . 얼마 전 유럽 원자핵 공동 연구소 ( CERN ) 의 이탈리아 팀 들 이 “ 빛 보다 빠른 중성 미자 를 검증 했 다 ” 는 보도 를 했 기 때문 이 다 . 정말로 빛 보다 빠른 입자 가 발견 됐 다면 과학 엔 엄청난 변화 가 올 것 이 다 . 예 를 들 자면 변압기 나 발전기 같 은 것 을 만드 는 데 적용 되 는 전자기 의 법칙 같 은 것 을 비롯 해 너무나 많 은 것 들 이 변해야 한다 . 이 중 성미자 는 태생 부터 특이 한 소립자 다 . 보통 소립자 들 은 먼저 존재 가 발견 되 고 성질 을 뒤 에 연구 하 게 되 는데 중성 미자 는 그 반대 였 다 . 먼저 존재 가 예언 되 고 30 년 뒤 발견 됐 다 . 예언자 는 오스트리아 태생 의 미국 물리학자 볼프강 파울리 였 다 . 전해 오 는 이야기 에 따르 면 1930 년 12 월 당시 동위 원소 연구 의 권위자 들 이 ‘ 난처 한 문제 ’ 해결 을 위해 튀빙겐 대학 에 모였 다 . 동위 원소 붕괴 시 방출 되 는 베타 ( β ) 선 이 마치 에너지 보존 의 법칙 을 위배 하 는 것 처럼 보였 는데 이 를 설명 할 방법 이 막막 했 던 것 이 다 . 이 현상 은 당시 의 모든 기초 과학 을 뒤흔들 어 놓 을 만 한 일 이 었 다 . 동위 원소 붕괴 에 는 알파 , 베타 , 감마 붕괴 가 있 는데 이 중 에서 전자 를 방출 하 며 붕괴 되 는 현상 을 베타 ( β ) 붕괴 라고 한다 . β 선 은 전자 로 되 어 있 어 자장 을 통과 하 면 휘어지 고 , 얼마 만큼 휘어지 는가 에 따라 에너지 를 가늠 할 수 있 다 . 그런데 β 붕괴 때 방출 되 는 에너지 가 , 전자 가 갖 고 나가 는 에너지 보다 많 아 마치 에너지 일부 가 아무 원인 도 없이 사라진 것 처럼 보인다는 게 문제 였 다 . 말 하 자면 사라진 에너지 는 100 인데 눈 에 보이 는 전자 가 갖 고 나간 에너지 는 50 뿐 이 어서 나머지 가 어디 로 갔 는지 파악 해 낼 수 가 없 었 던 것 이 다 . 이렇게 권위자 들 이 모여 고민 하 고 있 을 때 당시 30 세 였 던 파울리 는 무도회 에 참석 해 여유 있 게 사교 춤 을 즐기 고 있 었 다 . 자기 는 이미 해답 을 얻 었 다고 생각 했 기 때문 이 었 다 . 그 는 ‘ 친애 하 는 동위 원소 권위자 여러분 … ’ 으로 시작 되 는 편지 를 선배 학자 들 에게 보냈 다 . 거기 서 ‘ 눈 에 도 안 보이 고 전기 나 자장 의 영향 도 받 지 않 으며 무게 도 없 는 유령 같 은 작 은 입자 가 동시 에 방출 된다 . 이 입자 는 전기 도 갖 지 않 고 무게 도 없 지만 에너지 를 지닐 수 있 는 능력 이 있 다 . β 붕괴 의 에너지 는 없 어 진 게 아니 라 유령 같 은 이 소립자 가 갖 고 달아난 것 ’ 이라고 예언 했 다 . 이 말 을 들 은 이탈리아 의 물리학자 페르미 는 작 은 중성자 라는 뜻 으로 ‘ 중성 미자 ’ 라고 이름 붙였 다 . 중성 미자 는 아주 미미 한 존재 다 . 100 억 개 의 중성 미자 가 우리 몸 을 뚫 고 지나가 도 아무 느낌 이 없 다 . 빛 의 알갱이 인 광양자 몇 개 가 눈 에 들어와도 곧 빛 을 알 수 있 는 것 과 비교 하 면 아주 다르 다 . 중성 미자 야말로 유령 같 은 소립자 다 . 중성 미자 는 , 태양 이 내 는 찬란 한 빛 의 원동력 인 수소 핵융합 반응 에서 에너지 를 갖 고 나온다 . 지금 이 순간 에 도 매초 100 억 개 의 중성 미자 가 태양 으로부터 오 고 있 다 . 말 재치 로 유명 한 리언 레더 먼 ( 1988 년 노벨상 수상 ) 은 ‘ 모든 수단 을 동원 해도 관측 할 수 없 으면 이 는 존재 하 는 것 이 아니 다 . 그런데 중성 미자 는 겨우 존재 하 는 실체 다 ’ 라고 표현 했 다 . ‘ 겨우 존재 하 는 ’ 중성 미자 도 파울리 의 예언 60 년 뒤 드디어 발견 됐 고 ( 1995 년 프레더릭 라이너스 가 발견 했 다 ) 이제 는 요긴 하 고 필수 불가결 한 소립자 로 정착 됐 다 . 그러나 ‘ 겨우 존재 하 는 ’ 까닭 에 아직 무게 조차 모른다 . 이 처럼 아직 도 신비 한 입자 인데 빛 보다 빠르 다니 그게 사실 이 라면 경천동지 할 발견 이 아닐 수 없 다 . 그런데 중성 미자 가 빛 보다 빨리 움직일 수 있 을까 . 아닐 것 이 다 . 가장 상식 적 인 이유 는 상대 성 이론 때문 이 다 . 이 이론 에 따르 면 질량 이 있 는 입자 가 진공 중 빛 의 속도 를 넘 자면 무한대 의 에너지 가 필요 하 다 . 그런데 무한대 에너지 는 불 가능 하 다 . 둘째 이유 는 충격파 다 . 비행기 가 음속 을 넘어서 면 충격파 가 생기 는 것 처럼 입자 가 빛 의 속도 를 넘어서 면 충격파 가 생긴다 . 이런 현상 중 의 하나 가 ‘ 체렌코프 의 빛 ’ 으로 알려져 있 고 이 를 연구 한 러시아 과학자 파벨 체렌코프 는 노벨상 을 받 았 다 . CERN 의 실험 이 맞 는다면 빛 의 충격파 에서 파생 되 는 전자 - 반전자 쌍 이 관측 돼야 하 는데 이카루스 라는 실험 팀 이 독립 적 으로 조사 했 더니 그러 지 않 았 다 . 셋째 , 발표 대로 중성 미자 가 빛 보다 60 나노초 더 빠르 다면 1987 년 에 폭발 한 16 만 광년 떨어진 초신성 을 관측 했 을 때 중 성미자 가 적어도 3 년 전 에 도착 했어야 하 는데 빛 과 동시 에 관측 됐 다 . 그 외 에 도 여러 이유 를 댈 수 있 다 . 판사 가 판결 로 말 하 듯 과학 은 실험 결과 로 말 해야 한다 . 이번 이탈리아 팀 의 실험 과 별도 로 중성 미자 의 속도 를 측정 하 는 실험 이 진행 중 이 다 . 미노스 란 팀 은 미국 의 페르미 연구소 가속기 에서 발생 된 중성 미자 가 미네소타주 의 검출기 에 도착 하 는 속도 를 측정 하 는 실험 을 기획 하 고 , 일본 의 도쿄 근교 쓰쿠바 에 있 는 가속기 에서 나오 는 중성 미자 를 오사카 근방 가미오카 의 검출기 로 찾 는 T 2 K ( Tokyo to Kamioka ) 실험 도 있 다 . 모든 실험 에서 같 은 결과 가 나오 면 이탈리아 팀 의 실험 이 옳 은 것 이 다 . 어쨌든 CERN 의 관측 이 맞 았 으면 하 는 마음 도 있 다 . 그게 물리학 의 새 장 을 여 는 것 이 기 때문 이 다 . 김제완 서울대 학교 물리학 과 교수 출신 으로 과학 계 에서 활발 하 게 활동 중 이 다 . 한국과학재단 연구 개발 심의회 위원장 , 전국 대학 기초 과학 연구소 연합회 회장 , 아 · 태 이론 물리 센터 상임 이사 를 지냈 다 . 한국 과학 문화 진흥회 이사장 risec @ hanmail . net [ ⓒ 중앙 선데이 & Jcube Interactive Inc . , 무단 전재 및 재 배포 금지 ]