힉스 입자 그리고 그 너머
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아주 오랫동안 힉스 입자를 연구한
리언 레더먼이 들려주는 힉스 입자 이야기!
힉스 입자의 시작과 증명 그리고 새롭게 시작되는 힉스 입자의 미래!
아! 그렇게 많은 입자들이 있는 줄 알았다면 나는 식물학자가 되었을 것이다
1950년대 프린스턴에서 점심을 먹으며 새로 발견된 입자에 대해 설명하는 동료에게 아인슈타인이 농담으로 한 말이다.
그 당시 ‘스트레인지’라고 불리던 이 입자는 현재 ‘ 스트레인지 쿼크’로 이루어진 입자로 알려져 있다.
원자핵에서 발견된 강한상호작용을 하는 핵입자에 대한 연구는 1950년대에서 1970년대 사이에 이루어졌다. 오늘날 다시 프린스턴에서 아인슈타인 교수와 점심 식사를 하며 새로운 입자에 대해 말하게 된다면 어떤 이야기를 해야 할까?
그것은 수십억 달러짜리 질문이며, 이 책의 주제인 힉스 입자 또는 신의 입자에 대한 이야기일 것이다.
힉스 입자 그 너머에는 그 힉스 입자에 대한 이야기가 실려 있다. 그리고 그 안에서 우리는 아인슈타인에게 어떻게든 설명할 수 있는 이론을 만나게 될 것이다. 그런데 사실 이 책을 읽는 대부분의 사람들은 물리학자가 아니다. 따라서 <힉스 입자 그리고 그 너머>에서는 힉스 입자가 무엇이며 왜 필요한지를 설명하고 무엇을 의미하는지 물리학자가 아닌 사람들도 이해할 수 있는 쉬운 말로 명확하게 소개하며 그 너머에 있을지도 모르는 것에 연결할 수 있는 그 무엇인가를 설명하고 있다.
이 책의 저자 중 한 사람인 노벨상 수상자 리온 레더먼과 공동 저자 딕 테레시는 힉스 입자에 ‘신의 입자’라는 시적인 이름을 붙였다. ‘신의 입자’는 큰 의미를 부여하지 않고 힉스 입자에 붙인 이름이었지만 사람들의 마음을 사로잡았고, 《뉴욕 타임스》에서 《슈피겔》에 이르기까지 그리고 《예루살렘 포스트》에서 《파키스탄 크로니클》에 이르기까지 입자물리학의 최신 발전을 다룬 모든 저널에서 사용하게 되었다.
실제로 ‘신의 입자’라는 말은 사람들의 호기심을 불러일으켰다. 이 말은 단지 문학적인 표현에 불과했지만 많은 사람들은 특정한 입자에 심오한 종교적 중요성을 부여하는 것으로 생각하게 되었다.
과학자들은 힉스 입자가 자연의 새로운 영역으로 들어가는 입구이며, 새로운 퍼즐과 완전하고 급진적인 새로운 것의 시작점이라고 이야기한다. 여러분은 이제 ‘신의 입자’라는 말 대신 힉스 입자의 근원과 시작에 대해 자세히 알게 될 것이다. 그리고 우리가 실제로 하려는 일과 여러 가지 면에서 우리가 성공적으로 하고 있는 일에 대하여 이야기하고, LHC를 이용해 우리가 이루어낼 수 있는 일과 우리가 미래에 하고 싶은 일과 해야 할 일에 대해 알게 될 것이다. 과학자들은 물질로서나 아이디어로서 힉스 입자 너머를 바라보고 있다. 힉스 입자를 손에 넣은 물리학자들은 이제 자연이 기본 패턴과 기본 입자의 성질을 만들어내는 방법에 대한 새로운 통찰력을 가지게 되었다. 그리고 또한 새롭고 강력한 물리적 세상에 남아 있는 신비한 퍼즐을 이해하는 새롭고 강력한 방법을 가지게 되었다. 노벨 물리학상 수상자이자 오랫동안 힉스 입자를 연구해온 리언 레더먼이 소개하는 힉스 입자의 세계를 만나보자!
리언 레더먼이 들려주는 힉스 입자 이야기!
힉스 입자의 시작과 증명 그리고 새롭게 시작되는 힉스 입자의 미래!
아! 그렇게 많은 입자들이 있는 줄 알았다면 나는 식물학자가 되었을 것이다
1950년대 프린스턴에서 점심을 먹으며 새로 발견된 입자에 대해 설명하는 동료에게 아인슈타인이 농담으로 한 말이다.
그 당시 ‘스트레인지’라고 불리던 이 입자는 현재 ‘ 스트레인지 쿼크’로 이루어진 입자로 알려져 있다.
원자핵에서 발견된 강한상호작용을 하는 핵입자에 대한 연구는 1950년대에서 1970년대 사이에 이루어졌다. 오늘날 다시 프린스턴에서 아인슈타인 교수와 점심 식사를 하며 새로운 입자에 대해 말하게 된다면 어떤 이야기를 해야 할까?
그것은 수십억 달러짜리 질문이며, 이 책의 주제인 힉스 입자 또는 신의 입자에 대한 이야기일 것이다.
힉스 입자 그 너머에는 그 힉스 입자에 대한 이야기가 실려 있다. 그리고 그 안에서 우리는 아인슈타인에게 어떻게든 설명할 수 있는 이론을 만나게 될 것이다. 그런데 사실 이 책을 읽는 대부분의 사람들은 물리학자가 아니다. 따라서 <힉스 입자 그리고 그 너머>에서는 힉스 입자가 무엇이며 왜 필요한지를 설명하고 무엇을 의미하는지 물리학자가 아닌 사람들도 이해할 수 있는 쉬운 말로 명확하게 소개하며 그 너머에 있을지도 모르는 것에 연결할 수 있는 그 무엇인가를 설명하고 있다.
이 책의 저자 중 한 사람인 노벨상 수상자 리온 레더먼과 공동 저자 딕 테레시는 힉스 입자에 ‘신의 입자’라는 시적인 이름을 붙였다. ‘신의 입자’는 큰 의미를 부여하지 않고 힉스 입자에 붙인 이름이었지만 사람들의 마음을 사로잡았고, 《뉴욕 타임스》에서 《슈피겔》에 이르기까지 그리고 《예루살렘 포스트》에서 《파키스탄 크로니클》에 이르기까지 입자물리학의 최신 발전을 다룬 모든 저널에서 사용하게 되었다.
실제로 ‘신의 입자’라는 말은 사람들의 호기심을 불러일으켰다. 이 말은 단지 문학적인 표현에 불과했지만 많은 사람들은 특정한 입자에 심오한 종교적 중요성을 부여하는 것으로 생각하게 되었다.
과학자들은 힉스 입자가 자연의 새로운 영역으로 들어가는 입구이며, 새로운 퍼즐과 완전하고 급진적인 새로운 것의 시작점이라고 이야기한다. 여러분은 이제 ‘신의 입자’라는 말 대신 힉스 입자의 근원과 시작에 대해 자세히 알게 될 것이다. 그리고 우리가 실제로 하려는 일과 여러 가지 면에서 우리가 성공적으로 하고 있는 일에 대하여 이야기하고, LHC를 이용해 우리가 이루어낼 수 있는 일과 우리가 미래에 하고 싶은 일과 해야 할 일에 대해 알게 될 것이다. 과학자들은 물질로서나 아이디어로서 힉스 입자 너머를 바라보고 있다. 힉스 입자를 손에 넣은 물리학자들은 이제 자연이 기본 패턴과 기본 입자의 성질을 만들어내는 방법에 대한 새로운 통찰력을 가지게 되었다. 그리고 또한 새롭고 강력한 물리적 세상에 남아 있는 신비한 퍼즐을 이해하는 새롭고 강력한 방법을 가지게 되었다. 노벨 물리학상 수상자이자 오랫동안 힉스 입자를 연구해온 리언 레더먼이 소개하는 힉스 입자의 세계를 만나보자!
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출판사 리뷰
출판사 리뷰
목차
목차
역자의 말 6
감사의 말 8
1장 서언 ㆍ 13
년대의 아이러니 15 역사상 최대의 '외부 입력' 17 지도자의 역할: 미국 의회 19
그것은 회복 가능한가? 22 국왕 만세 24 거대한 융합 27
세계 최대 입자 충돌가속기를 작동하는 것은 쉽지 않다 31 오, $%&#! 33
아! 그렇게 많은 입자들이 있는 줄 알았다면 나는 식물학자가 되었을 것이다 35
이름 안에 무엇이 들어 있는가? 37
2장 위대한 질문의 간단한 역사 ㆍ41
'양파 같은 물리학'이라는 비유 48 간단한 가정-발효 실험 50 원자 내부 들여다보기 53
원자를 통해 생각하기 56 양자 파동과 우주선 58
신비는 깊어졌다: 원자핵을 결합시키는 것은 무엇일까? 60
3장 누가 이것을 주문했지? ㆍ63
천덕꾸러기 뮤온 66 뮤온은 자연의 완전한 자이로스코프이다 69
패리티 72 패리티 비보존성 발견에 대한 개인적 회상 77
4장 질량에 대한 모든 것 ㆍ89
질량이란 무엇인가? 90 질량은 물질의 양을 나타낸다 91 질량은 무게가 아니다 92
질량 측정은 어렵다 94 질량은 에너지가 아니다 96 상대론적 에너지 100
그렇다면 질량은 무엇인가? 101
5장 현미경 아래 놓인 질량 ㆍ103
소립자의 질량 104 질량이 없다 106 질량 없는 곳에서의 대칭성 110 양자 영역 112
질량에 대한 양자적 아이디어의 등장 114 진공 안에 모든 것이 있다 115
어떻게 진공에서 탈출할 수 있을까? 116 입자의 유토피아 117 시공간에서의 운동 124
빛 속도에서의 뮤온 127 카이럴리티 129 카이럴리티를 가지는 시공간의 그림 130
자연의 힘은 카이럴리티를 알고 있다 133 뮤온에 질량 돌려주기 135 잠깐만! 138
6장 약한상호작용과 힉스 입자 ㆍ140
약한상호작용 142 약한상호작용은 어떻게 작용하는가? 144 이제 마지막 고비만 남았다 149 스 입자로 들어가기 153 그러나 질량은 무엇인가? 154 힉스 진공 156 잠시 쉬어가자 162
7장 현미경에서 입자가속기로 ㆍ163
현미경 165 기술적 도전 168 어떻게 작동하는가? 170 빛을 이용하지 않는 현미경! 173
입자가속기 176 전기장이 하전 입자를 가속시킨다 177 전자현미경 180
8장 세계에서 가장 강력한 입자가속기ㆍ 184
선형가속기 185 SCRFs: 수십억 달러의 경제적 효과를 가져올 다음 주자는? 189
자기장은 입자를 원운동하도록 한다 190 전류가 자기장을 만든다 192 사이클로트론 194
싱크로트론 195 자기렌즈 197 세계의 위대한 충돌가속기들 198 LEP 충돌가속기 200 LHC 202
입자 검출 장치들 204 LHC 다음에는? 205
9장 드문 반응 ㆍ 209
입자물리학의 전주곡 209 새벽을 연 첫 빛줄기 210 영감 212 러더퍼드의 방사능 214 반물질 215 베타붕괴: 가장 간단한약한상호작용 221 그들은 충돌가속기 없이 그것을 했다? 224
드물고 약한 반응 225 또 다른 거울 228 CPT 230 거울을 조합하면 집으로 돌아갈 수 있을까? 233
10장 중성미자 ㆍ 235
가장 작은 질량을 가지고 있는 입자들 238 중성미자 CP 대칭성 붕괴 243
긴 출발선 244 중성미자를 현미경 아래 놓기 246
11장 프로젝트 X ㆍ 249
패르미 연구소의 프로젝트 X 250 프로젝트 X 중성미자 실험 253
드문 케이온 과정과 CP 대칭성 붕괴 254 드문 뮤온 반응: 뮤온에서 전자로의 전환 256
프로젝트 X; 드문 동위원소를 이용한 전기 쌍극자 측정 257
플루토늄의 세계에 올라타 무한 청정에너지 제공하기: 가속기로 가동되는 저임계 원자로 260
프로젝트 X 너머: 차세대 충돌가속기 262
문: 어떻게 스타십을 건설할 것인가? 답: 처음부터 시작해야 한다 264
12장 힉스 입자 너머 ㆍ265
큰 과학에 대한 혼란 266 다른 학문 분야와의 연관성 268 건강하지 않은 부유한 상태 270
힉스 입자는 어떻게 질량을 가지게 될까? 271 맺는말 273
부록 ㆍ 275
강한상호작용 275 너무 많은 기본 입자들 276 쿼크와 렙톤층 277
오늘날: 쿼크, 렙톤 그리고 보존의 주기성 280 스핀 287 교환 대칭성 290 보존 291 페르미온 292 게이지 대칭성 294 양-밀스 게이지 이론 298 약력과 게이지 이론 300
찾아보기 303
감사의 말 8
1장 서언 ㆍ 13
년대의 아이러니 15 역사상 최대의 '외부 입력' 17 지도자의 역할: 미국 의회 19
그것은 회복 가능한가? 22 국왕 만세 24 거대한 융합 27
세계 최대 입자 충돌가속기를 작동하는 것은 쉽지 않다 31 오, $%&#! 33
아! 그렇게 많은 입자들이 있는 줄 알았다면 나는 식물학자가 되었을 것이다 35
이름 안에 무엇이 들어 있는가? 37
2장 위대한 질문의 간단한 역사 ㆍ41
'양파 같은 물리학'이라는 비유 48 간단한 가정-발효 실험 50 원자 내부 들여다보기 53
원자를 통해 생각하기 56 양자 파동과 우주선 58
신비는 깊어졌다: 원자핵을 결합시키는 것은 무엇일까? 60
3장 누가 이것을 주문했지? ㆍ63
천덕꾸러기 뮤온 66 뮤온은 자연의 완전한 자이로스코프이다 69
패리티 72 패리티 비보존성 발견에 대한 개인적 회상 77
4장 질량에 대한 모든 것 ㆍ89
질량이란 무엇인가? 90 질량은 물질의 양을 나타낸다 91 질량은 무게가 아니다 92
질량 측정은 어렵다 94 질량은 에너지가 아니다 96 상대론적 에너지 100
그렇다면 질량은 무엇인가? 101
5장 현미경 아래 놓인 질량 ㆍ103
소립자의 질량 104 질량이 없다 106 질량 없는 곳에서의 대칭성 110 양자 영역 112
질량에 대한 양자적 아이디어의 등장 114 진공 안에 모든 것이 있다 115
어떻게 진공에서 탈출할 수 있을까? 116 입자의 유토피아 117 시공간에서의 운동 124
빛 속도에서의 뮤온 127 카이럴리티 129 카이럴리티를 가지는 시공간의 그림 130
자연의 힘은 카이럴리티를 알고 있다 133 뮤온에 질량 돌려주기 135 잠깐만! 138
6장 약한상호작용과 힉스 입자 ㆍ140
약한상호작용 142 약한상호작용은 어떻게 작용하는가? 144 이제 마지막 고비만 남았다 149 스 입자로 들어가기 153 그러나 질량은 무엇인가? 154 힉스 진공 156 잠시 쉬어가자 162
7장 현미경에서 입자가속기로 ㆍ163
현미경 165 기술적 도전 168 어떻게 작동하는가? 170 빛을 이용하지 않는 현미경! 173
입자가속기 176 전기장이 하전 입자를 가속시킨다 177 전자현미경 180
8장 세계에서 가장 강력한 입자가속기ㆍ 184
선형가속기 185 SCRFs: 수십억 달러의 경제적 효과를 가져올 다음 주자는? 189
자기장은 입자를 원운동하도록 한다 190 전류가 자기장을 만든다 192 사이클로트론 194
싱크로트론 195 자기렌즈 197 세계의 위대한 충돌가속기들 198 LEP 충돌가속기 200 LHC 202
입자 검출 장치들 204 LHC 다음에는? 205
9장 드문 반응 ㆍ 209
입자물리학의 전주곡 209 새벽을 연 첫 빛줄기 210 영감 212 러더퍼드의 방사능 214 반물질 215 베타붕괴: 가장 간단한약한상호작용 221 그들은 충돌가속기 없이 그것을 했다? 224
드물고 약한 반응 225 또 다른 거울 228 CPT 230 거울을 조합하면 집으로 돌아갈 수 있을까? 233
10장 중성미자 ㆍ 235
가장 작은 질량을 가지고 있는 입자들 238 중성미자 CP 대칭성 붕괴 243
긴 출발선 244 중성미자를 현미경 아래 놓기 246
11장 프로젝트 X ㆍ 249
패르미 연구소의 프로젝트 X 250 프로젝트 X 중성미자 실험 253
드문 케이온 과정과 CP 대칭성 붕괴 254 드문 뮤온 반응: 뮤온에서 전자로의 전환 256
프로젝트 X; 드문 동위원소를 이용한 전기 쌍극자 측정 257
플루토늄의 세계에 올라타 무한 청정에너지 제공하기: 가속기로 가동되는 저임계 원자로 260
프로젝트 X 너머: 차세대 충돌가속기 262
문: 어떻게 스타십을 건설할 것인가? 답: 처음부터 시작해야 한다 264
12장 힉스 입자 너머 ㆍ265
큰 과학에 대한 혼란 266 다른 학문 분야와의 연관성 268 건강하지 않은 부유한 상태 270
힉스 입자는 어떻게 질량을 가지게 될까? 271 맺는말 273
부록 ㆍ 275
강한상호작용 275 너무 많은 기본 입자들 276 쿼크와 렙톤층 277
오늘날: 쿼크, 렙톤 그리고 보존의 주기성 280 스핀 287 교환 대칭성 290 보존 291 페르미온 292 게이지 대칭성 294 양-밀스 게이지 이론 298 약력과 게이지 이론 300
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저자
저자
리언 M. 레더먼
입자물리학자이자 실험물리학자로 1951년에 컬럼비아대학교에서 물리학 박사학위를, 1958년부터 1979년까지 같은 대학의 교수로 재직했다. 미국 브룩헤이븐 연구소에서 중성미자에 대한 연구를 했으며, 1979년부터 1989년까지 페르미 연구소 소장을 지냈다. 1988년 '뮤온 중성미자의 발견을 통한 중성미자 빔 방법과 렙톤의 이중구조 규명'에 대한 공로로 멜빈 슈워츠, 잭 스타인버거와 함께 노벨 물리학상을 수상했다. 1986년 과학 영재학교인 일리노이 수학 과학 아카데미를 설립했으며 2012년부터 명예 상근 과학자로 재직 중이다. 2015년에는 노벨상 메달을 경매에 올려 화제가 됐다. 저서로는《힉스 입자 그리고 그 너머》《시인을 위한 양자물리학》《대칭과 아름다운 우주》등이 있다.
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