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시몬 판 데르 메르 (Simon van der Meer, 1925 년 11 월 24 일 ~ 2011 년 3 월 4 일 ) 는 카를로 루비아와 함께 유럽 입자 물리 연구소에서 W 와 Z 보존 * 을 발견한 공로로 1984 년 노벨 물리학상을 수여받음 .

* 입자 물리학의 표준 모형에서 W 보손과 Z 보손은 약한 상호작용을 매개하는 게이지 보손이자 기본입자로 둘 다 벡터 입자 ( 스핀 1) 다 . W 보손은 ±1 의 전하를 갖고 , Z 보손은 전하를 갖지 않음

네덜란드의 물리학자. 유럽원자핵연구소에서 초대형가속기를 이용하여 양성자와 그 반입자인 반양성자를 매우 높은 에너지 아래서 정면 충돌시키는 원리를 발견하여 이탈리아의 물리학자 K.루비아가 약한보손을 발견하는 데 공헌하였다. 전기약력의 전달자인 장입자 W, Z의 발견을 이룬 결정적인 프로젝트에서 뛰어난 공헌을 한 것이 인정되어 카를로 루비아와 함께 1984년 노벨 물리학상을 공동 수상했다.

전기약력이란 우주에 존재하는 네 가지 기본적인 에너지 장 중의 하나로서 쿼크와 경입자(렙톤)가 있는 물질의 깊숙한 내부에서 작용한다. 약력이 작용하는 과정의 예는 방사능 6-자연붕괴와 태양에서의 핵과정을 들 수 있다.

이론적으로 전기약력은 극도로 큰 원자량을 지닌 가설적인 입자인 W와 Z에 의해 교류될 것이라고 예측되었다. 1976년 카를로 루비아(1984년 노벨 물리학상 공동 수상자)는 현존하는 커다란 가속기를 양자와 반양자를 위한 저장 링으로 전환시키는 아이디어를 내어 저장된 입자들이 격렬하게 충돌하면서 W와 Z 입자들이 만들어지게 되었다.

시몬 반 데르 메르는 양자를 농축하여 채우고 저장하기 위한 방법을 발명했다.(현재 이것은 반양자에 적용된다) 이 둘의 생각과 발명이 하나의 커다란 프로젝트로 조화되어 1981년 CERN (스위스 제네바에 위치한 유럽핵연구기구)의 수퍼가속기에서 그 첫 번째 충돌이 관찰되었고, 1983년 루비아와 공동 연구자들에 의해 W와 Z의 발견이 발표되었다. CERN 프로젝트는 노벨상 수상역사에서 가장 큰 실험이며 이 실험에서 가장 뛰어난 업적을 이룬 이 두 사람에게 1984년 노벨상이 수여되었다.

노벨상 시상 연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 물리학상 수상자는 카를로 루비아 교수와 시몬 반 데르 메르 박사입니다. 스웨덴 왕립과학원이 발표한 이들의 업적은 약력을 매개하는 W입자와 Z입자를 발견한 대형 프로젝트에 결정적인 기여를 한 것입니다.

시상 업적에서 언급한 대형 프로젝트란 유럽입자물리연구소(CERN)의 반양성자 프로젝트를 말합니다. CERN은 유럽 13개국을 회원으로 하는 입자물리 연구를 위한 국제 연구기관으로서 독특하게도 스위스와 프랑스 두 나라의 국경에 자리잡고 있습니다. 이 연구소는 지난 30년의 역사를 거치면서 그 중요성이 날로 커지고 있습니다. CERN의 국제적인 성격은 카를로 루비아 박사가 이탈리아 사람이고, 시몬 반 데르 메르 교수가 네덜란드 사람이라는 사실과 이 프로젝트가 진행되면서 다양한 국적의 과학자, 엔지니어, 그리고 기술자들이 참여해 왔다는 점에서도 잘 드러나 있습니다. 또한 참여자 중에는 CERN에서 일하는 사람들도 있었고, 실험에 관련된 많은 대학교나 연구소의 사람들도 있었습니다. 이러한 인적 협력과 재정 및 과학적 기술의 공동 투자가 있었기에 이 프로젝트가 가능했습니다. 8년 전 반양성자 프로젝트가 제안되었을 때, CERN이라는 배에는 벨기에의 레온 반 호베 교수와 영국의 존 애덤스 경 두 사람의 선장이 있었습니다. 루비아 교수는 확신에 찬 열정으로 높은 파도를 뚫고 나아갔으며, 키를 잡은 반 데르 메르 교수는 더 어려운 파도 속에서도 길을 찾았습니다. 이렇게 이들은 그 배를 새롭고 도전적인 선구자의 길로 이끌었습니다. 고(故) 존 애덤스 경은 두 개의 훌륭한 양성자 가속기를 구축하였는데, 이 가속기들이 새로운 프로젝트에서 훌륭한 역할을 해냈습니다.

한 노벨상 수상자는 CERN 프로젝트에 대해 이렇게 말했습니다.

루비아 교수는 그 프로젝트가 있게 했으며, 반 데르 메르 교수는 그것을 가능하게 만들었다고.

조금 자세히 들여다보면 입자충돌 실험에서 W입자와 Z입자가 생성되기 위해서는 두 가지 조건이 만족되어야 함을 알 수 있습니다. 첫 번째는 입자들이 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌해서 에너지-질량 전환에 의해 무거운 W입자와 Z입자를 만들 수 있어야 합니다. 두 번째 조건은 충돌이 충분히 많이 일어나서 아주 드물게 일어나는 입자의 탄생을 관측할 수 있는 기회가 많아져야 한다는 것입니다.

첫 번째 조건은 루비아 교수와 관련되어 있고, 두 번째 조건은 반 데르 메르 교수와 관련되어 있습니다. 루비아 교수의 제안은 CERN에서 제일 큰 가속기인 SPS(Super Proton Synchrotron)를 서로 반대 방향으로 도는 양성자와 반양성자의 저장링으로 사용하자는 것입니다. 두 빔의 입자들은 프랑스와 스위스 국경을 초당 10만 번 이상 넘어 다니면서 수 개월간 이런 일을 반복하게 됩니다. 반양성자는 자연에 존재하지 않는 입자입니다. 적어도 지구상에서는 그렇습니다. 그러나 충분한 에너지를 얻을 수 있는 또 다른 CERN의 가속기인 PS(Proton Synchrotron)에서 반양성자를 만들 수 있었습니다. 이 반양성자들은 반 데르 메르 교수가 이끄는 팀이 건설하는 특별한 저장링에 축적되었습니다.

바로 이 저장링에서 확률 냉각이라는 그의 독창적인 방법으로 높은 강도의 반양성자 빔이 만들어졌습니다. 생성된 입자들의 신호는 SPS 저장링의 두 충돌 포인트를 감싸며 설치된 거대한 측정시스템에 의해 기록되었습니다. 이들 측정시스템 중 가장 큰 것은 루비아 교수가 이끄는 팀이 설계·제작·운영하였습니다. 다른 팀에서 구축한 두 번째로 큰 측정시스템은 첫 번째 것과 함께 운영되면서 매우 중요한 결과들을 멋지게 확인해 주었습니다.

약력반응을 이해하려는 오랜 꿈은 작년에 CERN에서 W입자와 Z입자가 발견됨으로써 이루어졌으며, 약력반응이 약한 이유는 바로 W입자와 Z입자가 너무 무겁기 때문이라는 것이 밝혀졌습니다. 약력반응은 입자의 성질을 바꿀 수 있다는 점에서 특이합니다. 예를 들면 중성자에서 양성자로의 전이, 혹은 그 반대의 전이를 유발할 수 있는데 이런 전이들은 태양의 반응에서 대단히 중요합니다. 태양 핵의 연료가 서서히 타도록 만들어서 지구상에 생명이 존재할 수 있는 조건을 만들어 주는 것이 바로 이 약한 반응 때문입니다.

과거에는 방사능 붕괴가 연구에 사용할 수 있는 유일한 약력반응이었습니다. 그러나 이제는 가속기와 저장링의 도움으로 이 분야의 연구가 대단히 활발해졌습니다. 약력반응과 전자기반응에 대한 우리의 이해를 결합하여 이에 관한 지식을 크게 확대한 이론은 셸던 글래쇼, 압두스 살람, 그리고 스티븐 와인버그 교수에게 1979년 노벨 물리학상 수상의 영예를 가져다 주었습니다. 그들은 이 이론의 일관성을 위해 도입한 Z입자와 관련된 새로운 현상을 예측하기도 했습니다. 예측된 현상들은 약 10년 전 CERN의 실험에서 최초로 관찰되었습니다.

과학사에서 이와 비슷한 일이 120년 전에도 있었습니다. 맥스웰이 전기와 자기 현상의 이론을 만들었을 때 이 이론의 일관성을 위해서 새로운 무언가가 필요했습니다. 그것이 라디오파를 예측하는 단초를 제공했으며 약 100년 전에 하인리히 헤르츠에 의해 라디오파가 실제로 발견되었습니다. 현대의 전기약력 이론에서는 전자기적 광양자뿐 아니라 일종의 충격흡수장치같이 작용하는 W와 Z입자도 힘의 매개체로 기술됩니다. 그 역할은 우주 생성의 초기단계인 빅뱅의 시기에 자주 일어났을 강한 충돌에서 특히 두드러지는데, CERN의 충돌장치에서 일어난 충돌도 충분히 강해서 잠깐 동안 힘의 매개체이며 충격흡수체인 이 입자들을 드러낼 수 있었습니다. 새로 만들어진 입자들의 불꽃놀이가 관측기를 이용하여 관찰되었으며, 그 기록은 W입자와 Z입자의 존재를 드러냈습니다. 그들의 특성을 측정하기 위한 연구도 이미 시작되었습니다.

루비아 교수님, 그리고 반 데르 메르 박사님.
CERN의 양성자-반양성자 충돌장치를 이용하여 성공적 연구를 이끈 최근 여러분의 성과는 전 세계를 경탄시켰습니다. W와 Z입자의 발견은 물리학의 역사에서 라디오파나 전자기 매개체인 광양자의 발견에 버금가는 것입니다. 여러분은 CERN과 참여 대학의 많은 공동 연구자들과 함께 이 기쁨을 나누었습니다. 그리고 잘 알려진 바와 같이 그들이 에너지나 충돌 빈도의 새로운 기록을 세우고, 충돌에 의해 생성된 새롭고 흥미로운 현상들을 발견함으로써 여러분의 성과를 더욱 빛내고 있습니다. W와 Z입자의 발견은 끝이 아니라 바로 시작입니다.

스웨덴 왕립과학원을 대표해서 여러분께 깊은 축하의 말씀을 전하게 되어 기쁘고 영광스럽습니다. 이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 괴스타 엑스퐁