NEFC

1907년 1월 23일에 도쿄에서 출생하여, 1929년 교토대학교 물리학과를 졸업하고, 교토대학의 다마기 연구실에서 이론물리학, 특히 원자핵론 및 장의 양자론을 연구하였다. 1933년에는 오사카 대학교에서 교수직을 맡았으나 1940년에 교토대학교로 옮겨 교편을 잡았다. 노벨상을 받기 일년전인 1948년에는 프린스턴대학 객원교수로 있었고, 1949년에는 콜롬비아 대학교 교수, 1953년 귀국하여 교토대학교 기초물리학연구소장으로 재직하였다.

1934년 중간자의 존재를 예언한 후 1940년에 RIKEN에 입사해 이론물리학에 대한 연구를 계속하였다. 그는 1949년에 노벨상을 받는데 성공했고, 1953년엔 유가와 히데키를 기념하여 만든 기관인 YITP(유가와 이론물리학기관)의 회장직을 맡았다. 1961년부터 1967년까지 RIKEN에 다시 재직하여 있었다.

유가와 히데키는 중간자에 대한 발견으로 널리 알려져 있다. 1934년에 중간자(中間子; Mesons)의 존재를 예언했는데, 이것은 핵력과 β붕괴를 연결하는 장의 소립자로서 뮤(μ) 중간자, 파이(π) 중간자, 케이(K) 중간자 등을 포함한다. 모든 입자들은 불안정하여 수명이 짧고, 붕괴 후 더 가벼워진다. 이것은 후에 우주선에서 발견되는데, 예언 후로부터 14년 뒤인 1949년에 유가와 히데키는 노벨물리학상을 수여 받았다. 1946년에는 양자역학(量子力學; Quantum Mechanics)과 1948년에 소립자론(素粒子論; Theory of Elementary Particle)에 대한 책을 쓰기도 하였다.

이외에 주목할 것은 1955년에 또 다른 10명의 과학자들과 학자들이 핵군축이라 불리는 러셀-아인슈타인 선언을 서명한 것이다. 이 당시 1954년 미국이 수소폭탄 실험을 실시했고, 핵무기로 인한 인류전멸을 걱정한 물리학자 아인슈타인과 철학자 러셀이 1955년 7월 9일에 발표한 것이다.

1940년에는 일본학사원상 은사상을 받았고, 그로부터 3년 뒤에는 일본 문화훈장을 수상했다. 유가와는 일본의 첫번째 노벨상 수상자로, 후에 그의 연구는 원자핵과 우주복사 분야에서 큰 도움을 주었다.

노벨상 시상 연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
지금까지 과학의 중요한 목적 중의 하나는 기본입자들의 성질을 통해 우리가 관찰하는 현상들을 합리적으로 설명하는 것이었습니다. 현대 물리학에서 이 문제는 가장 중요합니다. 지난 10년 동안 중간자로 불리는 기본입자가 특히 관심을 끌었습니다. 중간자는 전자보다는 무겁지만 수소원자의 핵, 즉 양성자보다는 가벼운 입자입니다.

1934년 유카와 히데키 교수가 핵력에 대한 이론적인 연구로 중간자의 존재를 예측하기 전에는 중간자는 전혀 알려지지 않은 입자였습니다. 중간자의 존재에 대한 예측은 오늘 노벨 물리학상을 수상하게 된 업적이 되었습니다.

하이젠베르크를 비롯한 다른 연구자들의 초기 연구에서 우리는 원자핵, 즉 원자의 중심핵은 양성자, 그리고 양성자와 질량은 같지만 전하를 띠지 않는 다른 입자로 구성되었음을 알게 되었습니다. 이러한 다른 입자는 ''중성자''라고 불리며 핵력에 의해서 원자핵에 단단히 결합되어 있습니다.

핵력의 성질을 설명하기 위해 유카와 교수는 전자기장을 모델로 사용했습니다. 그는 전자기장을 수정해 짧은 범위에서만 힘이 작용하도록 하였습니다. 그리고 수정된 전자기장이 핵력에 해당된다고 가정했습니다. 현대 물리이론에 따르면 힘의 장이 있으면 그 힘을 매개하는 입자가 존재해야 합니다. 유카와 교수는 힘의 장과 힘을 매개하는 입자의 질량 사이에는 간단한 관계가 있다는 것을 알아냈습니다. 알려진 실험 자료를 사용해 핵력을 매개하는 새로운 입자는 전자보다 약 200배 정도 더 무거워야 한다는 것도 발견하였습니다. 이러한 핵자들 사이에 힘을 매개하는 입자는 나중에 중간자로 불리게 됩니다. 유카와 교수의 이론에 따르면 핵력은 핵자들이 서로 중간자를 교환하면서 발생합니다. 핵자들은 끊임없이 중간자를 방출하고 흡수하면서 핵력을 만들어 냅니다.

또한 유카와 교수는 중간자들이 원자핵의 외부에서도 발견될 수 있는지를 연구했습니다. 유카와 교수의 결론은, 만약 중간자가 충분한 양의 에너지를 전달할 수 있다면 핵자들의 상호작용에서 중간자들이 생성될 수 있다는 것이었습니다. 중간자는 보통의 핵반응에서는 생성되지 않습니다. 그러나 엄청난 에너지를 가진 입자들이 발견되는 우주복사에서는 중간자들이 생성될 수 있다고 유카와 교수는 강조했습니다.

유카와 교수는 중간자가 양전하와 음전하를 모두 가질 수 있고 중간자의 전하 크기는 전자가 가진 전하의 크기와 같다고 가정했습니다. 유카와 교수는 몇 해 전 페르미 교수가 제안한 이론을 바탕으로 중간자는 전자와 뉴트리노라 불리는 전하를 띠지 않는 가벼운 입자로 변환될 수 있다고 가정했습니다. 나중에 지적하겠지만 자유중간자는 1초의 100만분의 몇이나 그 이하의 아주 짧은 순간만 존재할 수 있다고 생각됩니다.

유카와 교수가 제안했듯 우주복사에 대한 연구에서 중간자의 존재를 증명하는 최초의 실험적인 증거가 발표되었습니다. 1937년 앤더슨과 네더마이어, 그리고 다른 미국 과학자들이 중간자의 존재를 밝혔습니다. 그 이후 우주복사에서 나타나는 중간자에 대해 많은 연구들이 발표되었고, 실험 결과의 해석에 유카와 교수의 이론이 사용되었습니다. 중간자 연구의 새로운 단계는 약 3년 전에 시작되었습니다. 영국 물리학자인 파웰과 그의 동료들은 두 종류의 중간자가 존재한다는 것을 발견하였습니다. 그중의 하나는 1937년에 발견되었고, 다른 하나는 다소 더 무겁고 여러 면에서 달랐습니다. 중간자는 이제 캘리포니아 버클리에 있는 커다란 사이클로트론에서 만듭니다. 이 사이클로트론을 사용하면 중간자를 연구할 기회가 더 많아집니다.

실험으로 얻은 두 종류의 중간자 질량은 유카와 교수가 예측한 중간자의 질량과 크기가 일치합니다. 무거운 중간자는 유카와 교수가 예측한 것과 거의 같은 강도로 핵자들과 상호작용을 합니다. 이러한 입자들이 발견되었다는 것은 유카와 교수의 이론이 실험적으로 검증되었다는 것을 의미합니다. 두 중간자들의 전하는 유카와 교수가 예측한 것과 일치했습니다. 또한 중간자들은 아주 짧은 순간만 존재할 수 있다는 사실도 실험적으로 확인되었습니다. 무거운 중간자는 수억 분의 1초 동안만 존재합니다. 반면 가벼운 중간자는 수백만 분의 1초 동안 존재하며 그다음에는 전자가 생성되고 아마 중성미자도 생성될 것입니다.

중간자의 존재에 대한 실험적 검증이 이루어진 후 많은 사람들이 유카와 교수의 이론에 관심을 갖게 되었습니다. 이론을 개선하고 결과를 고찰하려는 많은 연구들이 수행되었습니다. 유카와 교수와 그의 일본 동료들이 이러한 연구를 주도했습니다. 다른 무엇보다도 그들은 전하를 띤 중간자 외에 중성인 중간자가 존재한다는 것을 이론적으로 예측했습니다.

핵력에 대해서 만족할 만한 수준의 실험과 정량적으로 일치하는 이론은 아직까지 개발되지 않았습니다. 그렇지만 유카와 교수의 이론은 핵의 중요한 성질들을 정량적으로 예측할 수 있는 방법을 제공하였습니다. 또한 그의 이론은 우주선의 연구에도 엄청나게 중요함이 입증되었습니다. 예를 들면 지구에 입사되는 1차 복사에 의해 대기권 상층부에 중간자들이 생성될 수 있다는 것을 이해할 수 있게 되었습니다.

중간자에 대한 연구는 아마도 새로운 발견들을 이끌어 낼 것입니다. 중간자 이론은 다른 형태로 발전될 수도 있습니다. 유카와 교수는 중간자들의 존재와 중간자들의 기본적인 성질에 대한 연구로 매우 중요한 선구적인 업적을 남길 수 있었습니다. 그의 아이디어는 실험뿐만 아니라 이론 연구에도 엄청난 자극제가 되었습니다.

유카와 히데키 교수님.
겨우 27세였던 1934년에 교수님은 대담하게도 ''중간자''라고 불리는 새로운 입자의 존재를 예측하였고, 원자핵에서 작용하는 힘들을 이해하는 데 중간자가 매우 중요한 역할을 할 것이라고 예상하였습니다. 최근의 실험은 교수님의 핵심적인 아이디어를 완벽하게 입증하였습니다. 교수님의 아이디어는 엄청난 결실을 맺었으며 오늘날 원자핵과 우주복사에 대한 이론적, 실험적 연구에 대한 길잡이별의 역할을 하고 있습니다. 또한 기본입자이론의 다른 문제들에도 많은 공헌을 하였으며 일본이 현대 물리학에서 매우 높은 위상을 갖는 데 큰 역할을 하였습니다.

스웨덴 왕립과학원을 대신하여 교수님의 천재적인 연구에 대해서 축하드립니다. 이제 왕자 전하로부터 직접 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 이바르 발러