코스모스 시크릿

프롤로그

1장 힉스입자가 뭐야? 어떻게 발견했어?
영화에도 등장하는 CERN/ 물질을 점점 더 쪼개나가면?/ 양자와 중성자의 발견 / 우주에서 내려오는 작은 입자 / 쿼크, 쿼크, 쿼크/ 쿼크와 전자와 중성미자 / 이론가와 실험가 / 물질은 쿼크 두 종류와 전자로 되어 있다 / 네 개의 힘/ 힘을 전달하는 입자 / 글루온은 ‘풀입자’ / 표준이론과 힘의 통일 / 억지 부린 힉스입자 / 테이블 위에서 자발적으로 깨지는 ‘대칭성’ / 엉겨 붙어 무거워지다/ 움직이기 어려운 성질과 질량 / 힉스입자의 발견 / 통계와 확률이 문제 / 힉스입자 발견의 의의

2장 우주의 시작은 어떠했을까?
우주 팽창의 발견 / 허블을 받쳐준 ‘우주의 등대’ / 멀어지는 천체의 ‘적색편이’/ 빅뱅 우주론의 등장 / 빅뱅의 잔불 / 빅뱅의 증거 / 절대온도 2.7도의 마이크로파 / 빅뱅 이론의 더욱 그럴듯한 증거 / 인플레이션 우주 / COBE가 ‘얼룩’을 발견 / 우주론과 소립자 물리학의 만남 / 우주의 팽창률을 정하다 / 팽창률의 논쟁 / 우주 팽창률의 최종 결정 / 우주의 나이를 정하다 / 초신성 프로젝트 / 보통 물질은 우주의 5%

3장 보이지 않는 암흑물질
베라 루빈의 발견 / 부족한 은하의 질량 / 괴짜 츠비키의 다양한 예언 / 암흑물질은 은하계에도 가득 차 있다 / 우주의 대규모 구조 / 암흑물질과 대규모 구조 / 스바루 망원경도 암흑물질 탐색 / 암흑물질의 시뮬레이션 / 암흑물질의 정체 / 마초 찾기 / 중성미자 / 유력 후보는 ‘겁쟁이’ / 초대칭성 입자 / 윔프 찾기 / 일본의 ‘스미레 계획’

4장 우주의 운명과 암흑에너지
가속 팽창이 노벨상 / 수수께끼의 암흑에너지 / 암흑에너지의 비율 / 암흑에너지가 환영받는 이유 / 우주 나이와 우주정수 / 암흑에너지의 정체는? / 제2의 인플레이션? / 진공의 에너지 / 왜, 지금, 가속 팽창인가? / 중력 이론의 버전 업? / 우주의 운명은 어찌 될꼬 / ‘암흑에너지’의 정체를 추적하다 / ‘스바루 망원경’도 수수께끼 해명에 일조

5장 우주의 수수께끼는 풀 수 있을까?
우로보로스의 뱀 / 궁합이 안 맞는 천문학과 소립자론 / 중재하는 초대칭성 이론 / 힉스입자는 다섯 개? / 새로운 가속기 계획 / 초끈과 잉여차원 / 멀티버스 / 우주는 무엇으로 이루어졌는가? / 우주는 어떻게 시작되었는가? / 우주의 맑게 갬과 관측의 한계 / 중력파 관측 / 우주는 앞으로 어떻게 될까?

에필로그
해제
주
참고문헌
찾아보기

소립자의 ‘표준이론’이란 물질을 구성하는 소립자와 소립자 사이에 작용하는 힘, 나아가 그 힘을 전달하는 소립자의 움직임이나 현상을 설명하는 이론입니다. ‘표준’이라는 이름 그대로 여러 가지 현상을 모순 없이 잘 설명할 수 있습니다.
- 1장 <힉스입자가 뭐야? 어떻게 발견했어?>

힉스입자는 어떤 입자일까요? 가장 단순하게 표현한다면 ‘만물에 질량을 부여하는 소립자’입니다. 그러면 왜 힉스 씨 같은 사람은 이 세계에 이런 소립자가 필요하다고 생각했을까요? (…) 힉스 씨가 힉스입자의 존재를 예언한 것은 1964년입니다. 힉스 씨는 우주 탄생의 빅뱅 직후에 알 수 없는 현상이 일어나서 소립자가 질량을 갖게 되었다고 생각했습니다. 도대체 어떤 이상한 현상일까요? 전문적인 말로는 ‘대칭성의 자발적 깨짐’입니다. (…) 대칭성의 자발적 깨짐이란 무엇일까요? 파티가 열리는 곳에서 커다랗고 둥근 테이블에 사람들이 앉아 있다고 합시다. 테이블 위에는 옆에 앉은 사람 사이에 정중앙으로 냅킨이 놓여 있습니다. 각자의 냅킨은 누구의 소유도 아닙니다. 누구든 오른쪽 냅킨을 집을 수도 있고 왼쪽 냅킨을 집을 수도 있습니다. 이렇게 어느 쪽에 치중하지 않고 어떤 방향으로도 구별이 없는 상태를 ‘대칭성이 있다’고 합니다. 어느 시점에 한 사람이 왼쪽 냅킨을 집어 듭니다. 그러면 옆 사람도, 그 옆 사람도 왼쪽 냅킨을 집을 수밖에 없습니다. 이것은 이제까지 어느 쪽에도 기울임이 없는 상태가 깨진 것을 의미합니다.
- 1장 <힉스입자가 뭐야? 어떻게 발견했어?>

힉스장이 소립자에 질량을 부여하는 메커니즘에 대해서도 물리학자는 이러저러한 비유를 끌고 들어옵니다. CERN의 소장인 롤프 호이어 씨는 힉스입자로 보이는 소립자를 발견했다고 발표한 2012년 7월의 기자회견에서 다음과 같은 비유를 들었습니다. 커다란 회장에 수많은 저널리스트가 모여 있다고 합시다. 거기에 전혀 알려지지 않은 사람이 들어온다 해도 누구 하나 관심을 갖지 않기 때문에 회장을 활개 치며 돌아다닐 수 있습니다. 이것이 질량이 없는 상태입니다. 그런데 조금 이름이 알려진 사람이 들어오면 저널리스트가 모여들기 때문에 활보하기가 불편해집니다. 한마디로 질량을 갖게 되어 앞으로 나아가기 힘들어지는 것입니다. 더욱 유명한 스타가 온다면 저널리스트들이 구름처럼 모여 들어 발걸음을 옮길 수조차 없을 것입니다. 질량이 더 늘어나 ‘힉스 박사는 아주 무거워진’ 것입니다. ‘앞으로 나아가기 어려워진 유명인’을 소립자, 저널리스트 군중을 힉스장이라고 생각해보지요, 질량이란 활보하기 어려운 상태와 마찬가지입니다. 힉스장이 소립자에 엉겨 붙어 걷기 어려워진다고 보는 것입니다.
-1장 <힉스입자가 뭐야? 어떻게 발견했어?>