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양전닝 Chen-Ning Yang

양전닝 [이미지]
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BNL (브룩헤이븐 국립 연구소)
  • 작성 2015-12-17
  • 조회 4,345
  • 출생1922-09-22
  • 국적 미국
  • 분야물리학
  • 소속브룩헤이븐 연구소
  • 출신대학시카고대학교
  • 주요업적패리티 법칙에 대한 연구
  • 수상노벨 물리학상(1957)
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인물정보

1949년 프린스턴 고등연구소의 종신 소원. 1960년 뉴욕 주립대학 교수. 2차원격자에 관한 통계역학의 연구 등도 있으나 1956년에 리청다오(李政道)와 함께 소립자 간의 약한 상호작용에서의 반전성의 비보존을 이론적으로 예언한 것으로 유명하다.

1922년 중국 안후이 성 허페이에서 수학자인 아버지와 가정주부인 어머니 사이에서 태어나 베이징에서 초등학교와 중고등학교를 다녔다. 1937년 중일 전쟁 이후 허페이로 옮겼으며 1938년에는 윈난 성 쿤밍에서 칭화 대학, 베이징 대학, 난카이 대학의 연합대학인 국립 시난 연합대학에 입학하였다. 1942년 동 대학을 졸업하고 2년간 통계물리에 관한 연구로 대학원 생활을 한 후 1944년 석사 학위를 취득하였다.

이후 1945년 미국으로 건너가 시카고 대학교에서 에드워드 텔러의 지도 하에 1948년 박사 학위를 받고 엔리코 페르미의 연구원으로 일했다. 1949년에는 프린스턴 고등연구소로 옮겨 리정다오와 공동 연구를 시작했다. 그들은 브룩헤이븐의 코스모트론 입자 가속기를 활용하여 패리티 보전법칙이 위배됨을 발견하였다. 1966년에는 뉴욕 주립 대학교 스토니브룩으로 옮겨 물리학과 교수가 되었으며 현재는 양전닝 이론물리학 연구소로 알려진 그 곳의 새로운 이론 물리연구소장으로 취임했다. 1999년에 스토니브룩에서 은퇴하여 명예 교수가 되었다. 이후 베이징의칭화대학교로 옮겨 칭화 대학 고등 연구 센터(CASTU)의 교수가 되었다.

그는 1970년대에 록펠러 대학교와 미국 과학 진흥 협회 이사, 1978년부터는 샌디에이고에 있는 소크 생물학 연구소의 이사를 역임했다. 또한 이스라엘의 비어시버에 있는 벤구리온 대학교의 이사로도 활동했다. 1957년에 아인슈타인상을 받았으며 1980년에는 럼퍼드상을 받았다. 미국 수학회의 뉴스 단신, 물리학 논평, 현대 물리학의 논평, 중국 물리학 잡지에 수많은 기사를 쓰는 다작가이기도 하다. 양교수는 아이슈타인 기념상을 수상(1957)한 후 미국 물리학협회와 타이완 중앙연구원의 선임 연구원으로 뽑히기도 했다.

1950년 교사인 여성과 결혼하여 두 아들과 딸을 두었으며 2003년 부인의 사망 이후 2004년에 82세의 나이로 당시 28세였던 광둥 외국어 무역 대학 대학원생 웡판과 결혼해 화제가 되었다.

<공동수상>

리정다오(李政道, 1926~)
중국 태생 미국의 물리학자. 시난 연합대학에서 물리학을 공부한 후, 1946년에 미국으로 이주하였다. 1950년에 시카고 대학교에서 박사학위를 취득하였으며, 양전닝과 함께 패리티 법칙에 관하여 공동으로 연구하였다. 1953년 컬럼비아 대학교 물리학과 조교수로 임명되었으며, 1960년에는 고등연구소 물리학 교수가 되었고, 1963년 컬럼비아 대학교 페르미 석좌 교수가 되었다. 패리티 비보존의 이론을 통하여 소립자 분야의 발전에 기여하였다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

올해 리정다오 교수와 양전닝 교수에게 수여될 노벨 물리학상은 근본적인 물리적 원칙과 연관이 있습니다. 이것은 이른바 패리티 법칙-왼쪽과 오른쪽에 대한 자연의 대칭성-을 기본입자들과 기본입자들 사이의 반응에 적용한 것입니다.

20세기에 원자에 대한 오랜 꿈이 실현되었을 때 현실은 꿈보다 훨씬 더 복잡할 뿐 아니라 꿈과는 상당히 다르다는 사실도 곧 알게 되었습니다. 셀 수 있고 측정할 수 있게 된 원자는 예전의 원자론자들이 품었던 개별성과 불변성이라는 개념과 결코 일치하지 않았습니다. 대신 모든 원자 과정의 내부, 그리고 결과적으로 모든 보통의 물리적 현상 뒤에는 이제까지 알려지지 않은 눈에 잘 보이지 않는 개별성이라는 특징이 있었고, 그것이 없다면 세상에 존재하는 모든 것은 유동적인 것이 될 것입니다. 양자이론은 이러한 발견의 결과물로서 이 새로운 체계 속에서는 종전의 물리학이 갖고 있던 법칙들이 단순하고 제한적인 경우에만 맞는 근사적인 이론이라고 간주됩니다. 고전물리학과 원자물리학의 법칙 관계는 동일한 풍경을 하늘에서 찍은 사진과 가까이에서 찍은 사진의 관계와 유사합니다.

양자역학으로부터 얻은 교훈은 예전의 철학자들이 가졌던, 문자 그대로 불변하는 것이라는 개념이 원자를 구성하는 입자들인 전자, 양성자 그리고 중성자들 사이에서 더 이상 적용되지 않는다는 것입니다. 그럼에도 불구하고 기본입자라는 말로 요약되는 이 입자들은 불변하는 입자가 존재한다는 경향을 암시하는 것처럼 보입니다. 그렇지만 기본입자들도 변화합니다. 그후 발견된 많은 새로운 입자들에서도 변화는 확인되었으며 기본입자를 변화시키는 것은 원자물리학자들의 중요한 연구 대상이 되었습니다. 기본입자들에 관해 알려진 새로운 사실들을 모두 포괄하는 하나의 이론을 찾기 위한 시도들 중 재치 있고 비현실적이며 상징적인 입자들이 우리의 방정식 속에 나타났습니다. 그리고 이러한 가상적인 입자들은 좋게 생각하면 철학자들이 생각했던 영원히 불변하는 원자들로 간주될 수도 있었습니다. 그러나 옛날 중국의 철학자 노자의 말을 빌리면 "기본입자라고 정의될 수 있는 것들이 영원히 기본적인 입자는 아니다"라고 말할 수 있습니다. 물론 노자는 기본입자에 대해서 말한 것이 아니라 삶의 가장 깊은 원리인 도(道)에 대해서 말했습니다. 물론, 물리학은 확실히 인간의 삶보다는 훨씬 단순하고 실험과 수학이라는 강력한 조력자가 있습니다.

수학과 기본입자는 우선 두 개의 이론을 만들어 냈으며 각각의 이론은 노벨상 수상자인 디랙과 페르미에 의해서 발전되었습니다. 디랙의 이론은 양자역학 체계의 가장 바깥쪽 날개인 반면, 페르미의 이론은 새로운 체계의 기본입자 법칙 내에서 최초이며 아직 완성되지 않은 방으로 간주될 수 있습니다. 그러나 그 둘은 모두 전자를 다루고 있으며 서로의 경계가 맞닿아 있습니다.

그런데 오른쪽과 왼쪽에 대한 질문은 입자물리학과 무슨 관계가 있을까요? 처음에는 기본입자의 반응이 오른쪽과 왼쪽에 대해 대칭이라는 암묵적인 가정이 있었습니다. 이 가정은 페르미의 이론을 정교화하는 데 중요한 역할을 하였습니다. 왼쪽과 오른쪽이 대칭적이라는 가정은 매우 자연스럽지만 이런 가정이 위에 언급한 디랙의 이론을 따랐기 때문에 그런 것은 결코 아닙니다. 디랙의 이론에서 가장 잘 알려진 기본입자인 전자는 좌우의 구별을 허용하지 않습니다. 사실 우리는 오른쪽과 왼쪽에 관련된 기본입자들의 대칭성이 자연에서 보여 주는 일반적인 좌우대칭성의 필연적인 결과라고 생각하고 싶어합니다. 리 교수와 양 교수, 그리고 그들의 발견 덕분에 이제 우리는 이것이 잘못이라는 것을 알게 되었습니다.

기본입자반응에서 좌우대칭성에 관한 전체적인 문제의 연구는 K메손이라 불리는 새로운 입자에서 관찰된 이상한 현상에서 비롯되었습니다. K메손은 위에서 언급한 좌우대칭의 가정과 마치 반대인 것처럼 보였습니다. 이러한 관찰에 대해 많은 물리학자들은 당황했지만 그 결과를 진지하게 받아들인 사람은 리 교수와 양 교수뿐이었습니다. 리 교수와 양 교수는 모든 기본입자 과정들이 좌우와 관련해서 대칭일 것이라는 가정을 뒷받침하는 어떤 종류의 경험적 결과가 있는가라는 질문을 스스로에게 했습니다. 그들의 연구 결과는 기대와 달랐습니다. 다시 말해 좌우대칭 가정의 타당성은 가장 잘 알려진 과정에서조차 증명되지 않았습니다. 그 이유는 모든 실험들이 같은 결과를 도출하도록 설계되었기 때문입니다. 이것은 마치 오른손뿐만 아니라 왼손도 능숙하게 다루었기 때문에 올라프 트리그베슨(기원전 1000년경 노르웨이의 왕)의 심장이 몸의 중앙에 있다고 생각하는 것과 같습니다. 리 교수와 양 교수는 소극적으로 좌우대칭성을 거부하는 데 그치지 않고 다른 기본입자의 변화에서 좌우대칭성을 검증할 수 있게 하는 많은 실험들을 고안해 냈고 자신의 동료들에게 그것들을 제시했습니다. 중국의 여성 물리학자인 우와 그녀의 동료들이 처음으로 실험한 이들입니다.

아주 도식적으로 설명하자면 다음과 같습니다. 매우 낮은 온도에서 그 자체로 작은 자석인 금속 코발트의 방사성 동위원소의 원자핵들이 자기장에 노출되면, 코발트 원자핵은 나침반 바늘처럼 일정한 방향으로 향하게 됩니다. 다음에는 방사성에 기인한 전자의 방향에 대한 분포를 관찰합니다.

탁자에 놓인 실타래처럼 감긴 코일은 자기장을 형성하고, 전류는 철사 속에서 시계 반대 방향으로 흐르고 있다고 가정해 봅시다. 그러면 코발트핵의 북극점은 위로 향할 것입니다. 북극점이 위쪽인 코발트 원자의 방사성 붕괴 과정에서 전자는 우선적으로 마룻바닥 쪽으로 나오는 것을 선호한다는 결과가 얻어졌습니다. 이 실험 결과 이전에 가정했던 좌우대칭성이 결여되었다는 점이 명백해졌습니다. 우리는 이 실험으로 오른쪽과 왼쪽이 무엇인지 알지 못하는 사람-먼 행성 체계에 사는 생물이라고 가정합시다-에게 설명해 줄 수 있습니다. 사실 그 사람에게 전자가 향하는 지점이 우선적으로 아래가 되도록 실험을 준비하라고만 요청해도 충분할 것입니다. 그러면 전류는 그것이 '좌향좌'라는 명령에 따라 도는 것과 같은 방향을 갖게 될 것입니다.

이것은 새로운 발견들을 물리법칙이라는 큰 체계에 통합시키는 데 엄청나게 중요합니다. 만약 먼 행성에 있는 사람이 전류의 방향으로만 우리가 뜻하는 것을 알 수 있다면 그 사람은 우리의 명령을 따를 수 있을 것입니다. 그리고 이것을 알기 위해서 그 사람은 우리의 원소들과 그의 원소들이 동일한 기본입자들로 구성되었다는 사실을 알아야만 합니다. 그러나 우리는 입자와 반입자의 쌍이 전자뿐만 아니라 양성자와 중성자에도 해당된다는 것을 알고 있습니다. 따라서 그의 원자들은 우리의 원자들과 반대로 양전자와 음원자핵으로 이루어져 있을 수도 있습니다. 만약 그렇다면 그 사람은 우리가 하는 것과 반대로 전류의 방향을 말할 것이며 그 결과 그는 우향좌와 좌향우라고 할 것입니다. 이점을 기술하면서 아직까지는 명확하게 확정되지는 않았지만 실험에 따르면, 반 입자로 이루어진 기본입자들을 사용해 수행된 모든 실험들의 결과는 좌우대칭을 다시 복원시켜야 한다고 암묵적으로 가정했습니다. 다른 말로 하자면 우리는 반입자들을 전기적으로 반대 부호를 가진 입자가 아니라 입자들의 거울이미지로 간주해야 한다는 것을 의미합니다.

리정다오 교수님, 양전닝 교수님.
제가 방금 스웨덴어로 연설한 내용은 시간의 제약으로 말미암아 두 분의 연구를 충분히 설명하지 못했을 뿐만 아니라 두 분이 이론물리학에 공헌한 다른 연구들을 언급하지 못했습니다. 따라서 두 교수님의 새로운 업적이 물리학자들 사이에 얼마나 큰 열정을 불러일으켰는지에 대해 충분한 평가를 내리지 못했습니다. 일관성 있고 편견에 사로잡히지 않은 사고를 통해 두 분은 기본입자 물리학에서 가장 당혹스러운 문제를 해결할 수 있었으며 오늘날 쏟아져 나오는 실험적·이론적 연구 결과들 역시 두 분의 놀라운 연구 덕분입니다.
따라서 스웨덴 왕립과학원이 이 과학 분야에 대한 기본적인 공로를 인정하여 리정다오 교수님과 양전닝 교수님께 올해의 노벨 물리학상을 수여하기로 결정한 것은 매우 만족스러운 일입니다.

협회를 대신하여 우리의 충심어린 축하의 말씀을 전해드립니다. 이제 전하로부터 1957년 노벨 물리학상을 수상하시기 바랍니다.

- 스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 O. B. 클라인

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자료출처
[네이버 지식백과] 패리티 법칙에 대한 연구 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사)

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