조와 힉스의 자기홀극

[장성열]

자석은 ‘암수동체’다. 북극(N)과 남극(S)을 한몸에 가지고 있다. 쪼개고 쪼개어 원자가 돼도 절반은 엔극, 나머지는 에스극으로 나뉜다.

유명한 맥스웰의 4가지 방정식 가운데 두번째 방정식은 엔극이나 에스극 하나만 있는 자석, 곧 ‘자기홀극’(monopole)이 존재하지 않음을 나타낸다.

맥스웰 방정식은 전기와 자기가 본질적으로 같음을 증명하고 있다.

전기는 양전하(+)와 음전하(-)로 이뤄져 있다.

하지만 자기와 달리 양전하와 음전하가 독립적으로 움직인다. 원자 안 양성자는 양전하를, 전자는 음전하를 띤다.

과학자들은 우주가 대칭성을 지녔다고 믿는다. 우주 탄생 때 물질과 반물질이 같은 양으로 만들어졌다고 생각하는 식이다.

전기와 자기의 본질이 같다면 자기도 암수동체가 아니라 엔극과 에스극이 따로 존재해야 옳다.

상식을 뒤집는 ‘양전자’의 존재를 예언한 디랙은 전기의 전하량이 정수배를 갖는 이유를 설명하려면 자기홀극이 필요하다고 선언했다. 이후 빅뱅이론가들은 태초에 하나로 묶여 있던 힘이 대폭발로 중력·전자기력·약력·강력 등 4가지로 쪼개질 때 자기홀극이 존재했을 것이라 예측했다.

많은 이들이 우주로, 땅속으로 자기홀극 탐사에 나섰지만 실패했다.

1980년대 우주가 기하급수적으로 팽창하는 시기가 있었다는 이론(인플레이션론)이 등장하고 나서야 헛수고가 그쳤다.

자기홀극은 우리가 찾기에 너무 먼 우주로 날아갔다는 것이다. 자기홀극을 찾기 위해 남은 일은 빅뱅을 재현해보는 것이다.

유럽입자물리연구소가 자기홀극 탐사 프로젝트(MoEDAL)를 본격 가동했다. 유럽입자물리연구소가 발견한 힉스가 표준모형을 완성해주면 ‘조-메이슨 자기홀극’이 발견될 가능성이 가장 높다 한다.

‘조’는 건국대 조용민 석학교수를 가리킨다.

[단풍으로]

굿