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 연세대 김충선 교수, "이달의 과학기술자상" 4월 수상자로 선정 HIT[2449] 06 Apr 2004
연세대 김충선 교수, "이달의 과학기술자상" 4월 수상자로 선정
 

우리 연구소 연구원이신 연세대 김충선 교수님께서 한국과학재단 "이달의 과학기술자상"의 4월 수상자로 선정되였습니다.

진심으로 수상하심을 축하 드립니다.

  이달의 과학기술자상 김충선 연세대교수 선정  
작성자 관리자 조회수 424
등록일   2004/04/01




서울경제신문과 한국과학재단은 31일 ‘이달의 과학기술자상’ 4월 수상자로 김충선(50ㆍ사진) 연세대 물리학과 교수를 선정했다.

김 교수는 우주생성 과정에서 생기는 물질과 반물질의 비대칭 현상을 설명하는 ‘초대칭 이론’을 세계에서 처음으로 제시, 세계 입자물리학계의 패러다임을 바꿀 수 있는 계기를 마련했다는 공로를 인정받아 수상하게 됐다. 김 교수는 우주생성 초기 고에너지가 물질과 반물질로 전환할 때 비대칭적으로 전환, 반물질이 점차 사라지고 물질만 남게 되는 우주현상의 원리를 규명해냈다. 김 교수에게는 상금 1,000만원과 상장ㆍ상패가 수여된다.

오현환기자 hhoh@sed.co.kr

<이달의 과학기술자상> '우주생성 비밀풀기' 한발 가까이

초대칭이론으로 비대칭 현상 세계 첫 규명

"입자물리학 패러다임전환 계기제공" 평가
 
이달의 과학기술자상 4월 수상자로 선정된 김충선(50) 연세대 물리학과교수는 우주 속에 존재하는 물질과 반물질의 비대칭 현상을 설명하는 이론을 세계 최초로 내놓아 세계 입자물리학계의 패러다임을 바꿀 수 계기를 제공했다는 평가를 받고 있다.

지난 60년대 이후 20년간에 걸쳐 완성된 양성자ㆍ전자ㆍ쿼크 등 소립자의 생성ㆍ작동 등에 대해 완성된 ‘표준이론’을 뒤엎는 이론으로 우주창조 원리의 새로운 지평을 열었다는 점에서 의미가 있다.

물리학계에서 우주에 대한 접근은 1905년 아인슈타인이 발견한 ‘에너지 질량 등가의 원리(E=MC2)’, 1915년 아인슈타인의 중력에 대한 일반상대성이론, 1926년 하이젠베르크의 ‘불확정성의 원리’, 1930년대 허블이 발견한 ‘우주팽창론’, 80년대 현대적인 ‘우주 빅뱅론’으로 이어져왔다.

에너지 질량 등가의 원리는 질량이 에너지로, 에너지가 질량으로 변할 때 같은 가치를 가진다는 원리다. 질량이 에너지로 변하는 원자폭탄의 제조원리로 활용되며 에너지가 수많은 별들과 우주를 생성한 우주의 기원을 설명해주는 근거로 쓰이고 있다.

불확정성의 원리는 ‘시간X에너지>프랑크상수’를 의미한다. 프랑크상수는 0에 아주 가까운 10의 마이너스 34승이다. 즉 시간이 우주생성 초기로 무한대로 가까워질수록 에너지는 무한대로 커진다는 것을 설명해준다.

이 이론들은 30년대 허블의 망원경 관측을 통해 우주가 지속적으로 팽창하고 있는 사실이 확인되면서 80년대에 이르러 현대적 우주 폭발론으로 이어지게 된다. 우주는 엄청난 에너지 폭발로 수많은 혹성들이 생겨났고 지금도 팽창되고 있다는 이론이다.

그러나 중성에 해당하는 에너지가 질량으로 변화할 때는 반드시 물질과 질량은 같지만 전하가 반대인 반물질이 생겨난다는 의문이 풀리지 않는 수수께끼였다. 과거에는 우주 저 멀리 반물질로 구성된 또 다른 우주가 있을 것이라는 추측으로 돌렸다. 그러나 모든 물질에 중력이 작용하고 있는 점을 감안할 때 멀리 떨어질 수 없으며 따라서 다시 합쳐지면서 에너지로 원상복귀돼 현재의 우주가 만들어질 수 없다는 고민에 부딪히게 된다.

이에 따라 세계 물리학계에서는 에너지가 질량으로 변화할 때 물질과 반물질이 항상 대칭적으로 생겨나는 것이 아니라 비대칭적으로 생겨난다는 실험 결과와 이론적 뒷받침을 찾는 일이 지난 40여년 동안 풀어야 했던 숙제였다.

이러한 비대칭 전환으로 반물질은 생성과 붕괴를 거듭하면서 점차 소멸된다는 것을 증명해내야 하는 것이다.

비대칭 현상이 실험으로 처음 발견된 것은 64년. 이 실험을 뒷받침하는 이론은 73년 일본의 고바야시와 마스카와가 제시했다. 이들은 이 이론으로 노벨상 후보로 거론돼오고 있다.

그러나 2002년 이 이론을 뒤엎는 새로운 물질과 반물질의 비대칭 실험결과가 일본의 쓰쿠바시 고에너지연구소(KEK)와 미국 스탠퍼드대 입자가속기실험연구소(SLAC)에서 나왔다. 수많은 연구자들이 이 실험 결과를 해명해줄 이론을 찾아왔지만 해답을 얻지 못했다.

김 교수는 지난해 1월 ‘초대칭 이론’을 이용해 이 의문을 푸는 방법을 세계에서 처음으로 제시했다. 이 이론은 세계 물리학계에서 비상한 관심을 모으고 있으며 세계 각국의 연구원들이 이 이론을 보다 정확히 입증하기 위해 정밀실험을 진행하고 있다. 이 연구는 최근의 대칭성 붕괴현상을 설명해주는 것은 물론 지금까지 B중간자 물리 분야에서 표준모형으로 설명하기 힘들었던 여러 가지 실험 결과들을 이론적으로 분석했고 기존의 모든 실험들을 상호 모순 없이 기술했다.

특히 김 교수의 이론은 표준이론이 설명해온 10의 11승 eV의 에너지를 뛰어넘어 10의 13승 eV까지 수용할 수 있다. 시간으로 환산할 경우 표준이론의 10의 마이너스 25승초를 뛰어넘어 새로운 이론으로 10의 마이너스 27승초까지의 환경을 설명해내고 있다. 즉 우주폭발 직후 10의 마이너스 27승초까지 인류가 접근할 수 있는 길을 열어준 것이다.

이 이론은 중요성을 인정받아 물리학계 세계 최고의 권위지로 평가받는 미국의 피지컬리뷰레터에 실렸으며 세계 여러 물리학자들에 의해 인용되고 있다.

김 교수는 입자 물리학과 관련, SCI(Science Citation Index) 등재 국제저명학술지에만도 120여편의 논문을 발표했을 정도로 엄청난 관심을 쏟아왔다. SCI는 미국의 과학정보연구소가 지난 60년대부터 국가의 과학기술력을 나타내는 척도로 사용해온 과학기술논문색인지수로 게재편수는 국가나 개인의 연구역량을 평가하는 지표로 사용되고 있다.

김 교수는 이런 연구결과를 바탕으로 96년 일본 문부성으로부터 우수연구단 특별회원, 2000년 서암학술상, 2002년 유럽핵입자물리연구소(CERN)로부터 협력특별회원 자격을 받았으며 2003년 연세대 우수업적교수로 선정되기도 했다.

오현환 기자 hhoh@sed.co.kr 

<인터뷰> 김충선 연세대 물리학과 교수

“물질-반물질 비대칭(대칭성 붕괴) 현상을 초차원 이론을 통해서도 입증하고 싶습니다.”
초대칭 이론을 통해 비대칭 현상을 설명해낸 김충선 교수는 각국의 세계 연구소에서 정밀실험을 통해 입증될 경우 다음 단계로 초차원 이론을 통해서도 연구를 수행하고 싶다는 의사를 밝혔다.

과학자들은 대칭성 붕괴현상을 설명하기 위해 수많은 방식 중에서 초차원 이론과 초대칭 이론방식으로 연구에 집중해왔다.

지난 88년 독일 함부르크 데이지(DESY) 연구소를 방문했을 때 UCLA 교수의 권고로 김 교수는 양성자 내부 연구에서 물질과 반물질의 대칭성 붕괴로 바꿨다. 91년 영국 옥스퍼드대 로저 필립스와 대칭성 붕괴현상을 낳은 B입자에 대한 공동논문을 써 학계에 이름을 날렸다.

김 교수는 이러한 이론을 성공적으로 개발해낸 데 대해 꾸준히 노력하는 것 외에 별다른 왕도가 없다는 점을 강조했다.

후학들에 대한 애정도 적지않다. 김 교수는 “입자물리와 관련된 실험들이 국내에서 진행될 수 있도록 다각도로 방법을 모색해보겠다”고 말했다. 엄청난 에너지를 발생시키기 위해서는 막대한 자금이 들어 정부에서 해야 할 역할이 많지만 후배들이 제대로 된 연구를 할 수 있도록 최선의 환경을 만들고 노벨상도 타는 사람이 나오도록 만들겠다는 다짐이다.

이공계 기피현상과 관련, 김 교수는 “똑똑한 사람들은 이러한 재능을 준 데 대해 의무를 가져야 한다”며 “물리ㆍ화학ㆍ생물 등 근본 학문 분야에는 소수라도 좋은 인재만 오면 되는데 똑똑한 사람들이 돈에 팔려나가고 있다”고 걱정했다. 자질과 흥미가 있다면 인생을 걸어볼 만한 분야고 걸면 분명히 성공한다는 것이다.

오는 10월 대구 컨벤션센터에서 150여명의 외국 과학자가 참여하는 가운데 열리는 세계 물리학회의 ‘B입자 붕괴 및 CP 대칭성 붕괴에 대한 연구자 모임’에서 의장을 맡은 김 교수는 이번 대회의 성공을 위해서도 적지않은 노력을 기울이고 있다. (서울경제신문1면/28면/한국경제신문A35면/중도일보8면/ 대전매일신문15면/대덕넷사이트/연합뉴스사이트)

2004. 4. 1

경북대 고에너지물리연구소 소장 손동철

     
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