STAR N STAR 물리

arXiv.org

2010-02-04T21:36:00.000+09:00

현재 최소한 물리학 분야에서 가장 영향력이 있는 사이트는 arXiv.org (아카이브) 라고 생각합니다. 이 사이트는 디자인도 별로인 그냥 보면 아무 특징이 없는 사이트처럼 보이지만 물리학을 하는 사람들은 대부분 하루에 한번 접속하는 사이트입니다. 이곳에는 60만 건 가까운 프리프린트가 올라와 있고 완전 개방되어 있기 때문입니다. 연구를 위해서는 다른 사람의 논문을 많이 그리고 빨리 읽고 이해할 필요가 있습니다. 그래서 논문이 완성되면 저널에 제출되기 전 또는 그와 동시에 이 사이트로 프리프린트를 공개합니다. 이곳에 프리프린트를 올리는 이유는 먼저 자신의 일을 남에게 알리는 효과가 있고 또 다른 연구자로부터 잘못된 부분이나 빠뜨린 부분에 대한 코멘트를 얻을 수 있고 또 이 연구에 대한 originality를 인정받기 위함입니다. 아카이브는 미국의 로스 알라모스 국립연구소에서 xxx.lanl.gov라는 주소로 시작되었습니다. 나중에 이 사업은 코넬대학교 도서관에서 이어 받아 지금까지 서비스해 오고 있습니다. 지금은 트래픽 분산을 위해 세계 곳곳에 미러 사이트가 운영되고 있는데 우리나라에도 있었는데 지금은 중단되었습니다. 현재 200여 국가에서 한달에 40만명이 넘는 사용자가 접속해서 250만건의 논문을 다운로드 하고 있습니다. (물론 회비가 없는 무료 이용입니다.) 이 서비스를 유지하기위해서는 유지비가 꽤 나오는데 코넬대학교에서 이에 대한 공동 분담을 제안했습니다. 현재 연구기관을 통한 이용 중에서 약 75%가 상위 200개 연구기관에서 이용하는 거라고 합니다. 아무래도 연구를 많이 하는 기관에서 많은 이용을 하겠죠. 코넬에서는 이들 기관에 도움을 청했고 25개 기관이 도움을 약속했다고 합니다. 여기 그 리스트가 있습니다.

California Institute of Technology
University of California, Berkeley
University of Cambridge (UK)
CERN - European Organization for Nuclear Research (Switzerland)
CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique (France)
Columbia University
DESY - Deutsches Elektronen-Synchrotron (Germany)
Durham University (UK)
ETH Zurich - Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (Switzerland)
Fermilab
Harvard University
University of Illinois at Urbana-Champaign
Imperial College London (UK)
Los Alamos National Laboratory
Massachusetts Institute of Technology
Max Planck Society (Germany)
University of Michigan
University of Oxford (UK)
University of Pennsylvania
Princeton University
SLAC National Accelerator Laboratory
Texas A&M University

모두 미국과 유럽에 소재한 대학과 연구소 뿐이네요.

빙하게이트

2010-01-27T00:52:00.000+09:00

요즘 히말라야의 빙하에 대한 예측을 둘러싼 논란이 점점 커지고 있습니다. 이미 빙하게이트(glaciergate)라는 새로운 말이 탄생하기도 했습니다. 이는 지구 온난화를 주장하는 학자들에게 큰 타격이 되고 있는데 자세한 내용은 프레시안에 아주 잘 정리되어 있습니다.

지구온난화 이론, '과학적 사기극'으로 전락하나 (1/24)

2035년 히말라야빙하 소멸', 어떻게 유엔 공식입장이 됐나 (1/24)

지구온난화의 '종말론적 예측' 비하인드 스토리 (1/25)

빙하게이트, 연구자금 타내기 위한 조작이 동기 (1/26)

기후학이나 지구물리를 공부해보지 않은 입장으로 전문적인 내용에 대해 뭐라 말하기는 그렇지만 사건의 진행과정이 심상치 않군요. 특히 이 사건의 당사자인 유엔의 기후변화위원회(IPCC)가 히말라야 빙하에 대한 보고서로 2007년 노벨 평화상까지 수상한 것을 생각하면 이 사건의 파장이 만만치 않을 걸로 보입니다. 사실 지구 온난화에 대한 논란은 전부터 있어왔고 특히 이산화탄소에 대해서는 반대파의 반론도 만만치 않습니다. 반대자중에는 하버드를 비롯한 명문대학의 교수들도 있는데 그 논지는 그동안 소외되고 지원받지 못한 기후쪽 연구자들은 온난화에 대해 반대 의견을 가지더라도 말을 잘 하지 않는다는 것이었습니다. 지금은 전에는 상상할 수 없었던 지원과 많은 젊고 유능한 학자들이 이 분야에 뛰어 들고 있는데 이를 마다할 수 는 없다는 게 인터뷰의 주 내용이었는데... 제 생각에는 어느 쪽이 옳은 지는 판단하기가 아직은 이른 것 같습니다. 양 쪽 주장 모두 정당성과 단점을 가지고 있고 또 논쟁과 연구를 통해 진리에 다가가는 게 과학이니까요. 위의 기사중 1/24 일자 피어스의 기사는 과학자라면 곰곰히 생각해야 할 명제를 던져 준다고 봅니다. 아래는 기사중에서 인용한 피어스의 글입니다.

나는 지금도 내가 오보를 낸 것은 아니라고 생각한다. 하스나인이 나에게 말한 것이기 때문이다. 그는 그렇게 말한 권위자였고, 나는 그저 받아쓴 사람이었다. 하지만 과학자들이 기자들보다 더 엄격한 기준에 맞춰 일한다는 내 믿음은 상실됐다. 예전에 쓴 문제의 글은 음식을 담는 봉투로 쓰여야할 것이다.

사실 과학자들은 다른 누구보다 더 엄격한 기준에 맞춰 일해야 합니다. 하지만 그렇지 않은 경우가 많습니다. 언론을 통해 자기와 자기의 연구가 널리 알려지고 유명인이되고 연봉이 올라가고 연구비가 비약적으로 늘어나는 기회가 온다는 달콤한 유혹에서 벗어나는 게 쉽지는 않겠죠. 하지만 자신의 행동으로 인해 다른 사람들과 전 사회가 입게 될 피해를 한번쯤 생각했다면 어땠을까요. 책임을 면하기 위해 여러 변명을 늘어 놓고 있는 IPCC의 고위 과학자들 보다 자신의 기사가 잘못됨을 인정하고 쓰레기로 처리하는 피어스 기자의 모습이 더 아름답게 보이고 과학자들을 부끄럽게 만드네요.

표절 연구도 학문이 되었나

2010-01-22T17:57:00.000+09:00

이제는 논문 표절에 대한 연구, 어떻게 표절을 들키지 않게 잘 할수 있을까가 아니라 표절을 포함한 연구 부정행위에 대한 연구가 학문의 한 영역이 되어가는지도 모르겠습니다. 표절, 좀 더 정확하게는 과학 연구에서의 부정행위는 말 그대로 과학 연구 결과를 수행하고 발표함에 있어서 의도적으로 부정한 방법을 사용하는 것을 말합니다. 과학 연구의 발전은 상호 믿음에 기초합니다. 즉 다른 사람의 논문이 그 사람의 능력 범위 안에서 타당하고 정확한 방법으로 수행된 연구의 결과라는 믿음입니다. 따라서 이미 발표된 논문은 후속 연구의 출발점이 되고 또 다른 논문에서 논증을 위해 사용되기도 합니다. 이런 믿음이 없다면 기존의 결론을 믿을 수 없고 관심있는 분야의 연구를 하기 위해서는 처음부터 모든걸 다 다시해야하니 시간과 정열이 낭비되죠. 따라서 과학 논문에서 부정행위는 이런 불신을 키우고 후속연구를 잘못된 길로 인도하거나 파행으로 이끌게 되므로 이는 반드시 하지 말아야할 일입니다. 이를 모두 잘 알고 있으면서도 부정행위는 끊이지 않고 일어났고 지금 이 순간에도 일어나고 있을 지 모릅니다.

연구에서의 부정행위는 표절이나 조작뿐 아니라 부정 부패까지 포함합니다. 약자에 속하는 다른 신진 연구자나 대학원 학생들에 대한 부당한 대우까지도 포함됩니다.

최근 새로운 온라인 저널을 보았는데 표절에 대한 논문집입니다. 제목은 Plagiary: A New Scholarly Journal 입니다. 홈페이지는 http://www.plagiary.org/index.htm 입니다. 2006년과 2007년 출판물은 무료로 볼 수 있는데 그 이후로는 유료로 바뀐 것 같습니다. 그곳에 있는 논문이나 자료를 보면 열 받기 쉽습니다. 한번쯤 졸릴 때 들어가서 잠을 깨우기에는 좋을 듯 합니다.

ANPhA 아시아 핵물리 연합회

2010-01-17T19:14:00.000+09:00

아시아 핵물리 연합회(ANPhA, Asia Nuclear Physics Association)가 2009년 7월 18일 창설되었고 2010년 1월 18일과 19일 일본 도카이의 J-PARC에서 첫 번째 심포지엄을 엽니다. (심포지엄 홈페이지는 여기) ANphA의 홈페이지는 일본 J-PARC에서 운영하며 여기 있습니다. (아직 썰렁합니다.) 2008년 10월 연합회 결성을 위한 첫 모임이 있었고 2009년 1월과 7월에 서울과 북경에서 설립을 위한 모임이 있었네요. ANphA는 한국-중국-일본이 주가 되어 아시아 핵물리 학자사이의 교류를 늘리고 후원하며 연구와 교육에 함께 공동으로 노력하는 게 목적입니다. 현재 회원국은 한,중,일과 베트남입니다. 심포지엄에는 이 4개국 외에 대만, 호주, 인도에서 참여합니다. 궁극적으로는 미국의 NSAC나 유럽연합의 NuPECC처럼 활동하면 좋겠지요. 현재 회장은 일본의 사카이 교수입니다. 아래 사진은 북경에서 찍은 사진으로 설립 멤버들입니다. 혹시 아시는 얼굴이 있는지 찾아 보시죠.

이란 핵물리학자 암살 소식

2010-01-14T22:13:00.000+09:00

새해들어 여러 암울한 소식이 들려오는 가운데 이란에서 핵물리학자가 폭탄 테러에의해 암살되었다는 소식이 나왔습니다. 이란 당국은 서방 측의 소행이라고 비난하고 미국은 이를 부인하고 있는 가운데 Masoud Ali Mohammadi 라는 이 학자가 이란의 야당 지지자라는 발표도 있었는데요, 일단 이를 이란의 핵 개발 계획과 연관시키는 것은 좀 무리라는 생각이 드는데요. 그 이유는 모함마디가 핵물리학자가 아니라 (최근에는) 중력을 연구하는 이론 물리 학자로 물리학의 응용과는 거리가 아주 멀기 때문입니다. 테헤란 대학 홈페이지에 실려 있는 그의 논문 리스트를 보면 (여기) 주로 중력, 양-밀즈 모델등에 대한 일을 해 왔습니다. 물론 그가 핵 개발에 개입한다면 약간(아주 약간)의 도움을 줄 수 있을 지 모르지만 그가 암살 당할 정도로 중요한 임무를 수행해왔다고는 믿기 힘들군요.

<출처: NY Times>

CERN의 가속기 역사 50년

2010-01-09T05:43:00.000+09:00

지금 세계 가속기중 최고 에너지 기록을 갖고 있는 LHC(Large Hadron Collider)는 유럽 연합의 CERN에 있습니다. CERN은 European Organization for Nuclear Research를 의미하는 데 세계 최대의 입자 물리 연구소로 인정받고 있습니다. CERN은 프랑스어인 Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire의 약자입니다. 입자물리 연구소인데 이름에는 왜 Nuclear가 들어있을까요? 이는 설립 당시의 상황에서 유래합니다. CERN이 설립된 해는 1954년으로 유럽의 12개국이 1952년 합의한 안건에서 출발합니다. 연이은 핵발전소 사고로 인해 "핵"이라는 단어가 들어간 사업이나 연구는 지원받기가 힘들어진 현재와는 달리 1950년대에는 핵폭탄과 핵발전소로 인해 "핵"이라는 단어가 들어가야 지원받기가 쉬웠습니다. 이것이 입자물리 연구소인 CERN에 Nuclear라는 단어가 들어가게 된 이유입니다. 그리고 1959년 PS(Proton Synchrotron)가 완공되어 CERN의 첫 번째 가속기 실험이 시작됩니다. 따라서 LHC가 가동된 해인 2009년은 CERN 가속기 실험이 50주년이 되는 해였습니다. 이를 기념하기 위한 심포지엄인

From the Proton Synchroton to the Large Hadron Collider - 50 Years of Nobel Memories in High-Energy Physics

가 2009년 12월 3일과 4일 CERN에서 열렸습니다. 여기에 가면 발표자료를 볼 수 있습니다.

CERN은 현재 20개국이 회원으로 있으며 6개 나라와 2개 국제 기구가 옵저버 자격 으로 참여하고 있습니다. 그 외 수십 개 나라가 비회원국으로 CERN의 사업에 참여하고 있습니다. 우리나라는 이 나라 중 가장 늦은 2006년부터 비회원국으로 참여하고 있는데 곧 옵저버로 올라갈 가능성이 높습니다. CERN의 20개 회원국중 가장 많이 예산에 기여하는 나라는 독일입니다. 약 20% 가까운 예산을 책임지고 있습니다. 그리고 그 뒤를 프랑스, 영국, 이태리가 따르고 있습니다. 2009년 회원국들로 부터 모은 예산은 약 7억 3천만 유로 (약 1조 4천억원 정도?) 입니다. CERN 회원국의 변화는 이렇습니다.

설립당시 회원국: 벨기에, 덴마크, 프랑스, 서독, 그리스, 이태리, 네델란드, 노르웨이, 스웨덴, 스위스, 영국, 유고슬라비아 (총 12 개 국가)

1959년: 오스트리아 가입 (총 13 개국)

1961년: 유고슬라비아 탈퇴 (총 12 개국)

1961년: 스페인 합류 (총 13 개국)

1969년: 스페인 탈퇴 (총 12 개국)

1983년: 스페인 재합류 (총 13 개국)

1985년: 포르투갈 합류 (총 14 개국)

1991년: 핀란드, 폴란드 합류 (총 16 개국)

1992년: 헝가리 합류 (총 17 개국)

1993년: 체코, 슬로바키아 합류 (총 19 개국)

1999년: 불가리아 합류 (총 20 개국)

옵저버 국가: 터키 (1961년 부터), 이스라엘 (1991년 부터), 러시아 (1993년 부터), 일본 (1995년 부터), 미국 (1997년 부터), 인도 (2002년 부터)

옵저버 기구: 유네스코 (1954년 부터), EC (European Commision, 1985년 부터)

비회원국중 회원국이 될 가능성이 있는 나라: 루마니아, 세르비아

비회원국중 옵저버가 될 가능성이 있는 나라: 파키스탄, 한국

마지막으로 40년 전에 나왔던 노래를 소개합니다. 가사를 알고 싶거나 자세한 내용이 필요하시면 (예: 왜 코끼리 그림이 나올까 등) 여기를 클릭하십시오.

이 노래는 우리나라에도 소개 되었습니다.

DESY 50살이 되다

2010-01-06T04:02:00.000+09:00

독일에서 가장 큰 가속기 연구소라고 말할 수 있는 DESY(Deutsches Elektronen-Synchrotron)가 2009년 12월 18일 50번째 생일을 맞이했습니다. DESY는 막스-플랑크 연구소 집단과 함께 독일 연구소의 양대 산맥을 형성하고 있는 헬름홀츠 연구회(Helmholtz Association)에 속해있는 연구소로 1959년 설립되어 최첨단의 연구를 수행하고 있습니다. DESY가 가지고 있는 가속기는 독일 최대이며 그 동안 핵/입자 물리 분야의 연구를 수행했고 지금은 새로운 분야의 연구에 쓰이고 있습니다. (DESY의 홈페이지는 여기)

DESY는 독일 함부르크의 외곽에 위치하고 있습니다. 설립 당시의 목표는 장래의 입자 물리에서 중추적 역할을 수행할 수 있는 세계적 가속기 센터를 만드는 것이었습니다. 1964년 첫 번째 싱크로트론 가속기가 완성되고 여기에서 DESY라는 이름도 생겼습니다. 이 가속기는 당시로는 세계에서 가장 큰 가속기였습니다. 그 후 스토리지 링들이 만들어 지는 데 1974년 DORIS, 1978년 PETRA, 1990년 HERA가 완공됩니다. 90년대 후반과 200년대 초 ZEUS Collaboration에 의해 많은 데이터가 나왔습니다. HERMES Collaboration도 많은 논문을 생산 했었습니다. DESY의 첫 번째 목표였던 입자 물리 실험은 많은 업적을 남기고 지금은 종료되었습니다. 현재는 가속기를 이용한 다른 연구를 추구하고 있습니다. 처음 DESY를 만들 때부터 싱트로트론 복사의 사용은 염두에 두었다고 합니다. (우리나라의 포항 가속기가 이 목적으로 건설 되었습니다. 차이점은 포항 가속기는 처음 부터 싱트로트론 복사 사용에 주안점을 두었기 때문에 입자 물리 또는 핵물리 실험은 초기부터 배제 되었습니다.) DESY의 싱크로트론 복사는 나노 스케일의 연구를 위해 사용됩니다. 재료과학, 바이오 과학등이 주 목표입니다. (PETRA III와 DORIS, free-electron 레이저인 FLASH 그리고 EU의 지원으로 건설될 XFEL이 주 실험 장치가 될 것이라고 합니다. ) 사실 이런 형태의 가속기는 이런 방식으로 많이 사용됩니다. 유럽뿐 아니라 미국의 싱크로트론 가속기도 입자/핵물리 실험을 모두 마친 후에는 용도 변경을 하여 재료과학, 바이오 과학 쪽으로 다시 사용됩니다. 핵/입자 물리 쪽에서는 아쉽지만 DESY의 새로운 그리고 화려한 미래를 기대합니다.

<공중에서 바라본 DESY>

2010년 세계 몇 나라의 과학 예산

2010-01-05T00:11:00.000+09:00

새해에 들어서면서 세계 각국의 과학 분야 예산이 발표 되는군요. 저번에 일본에서 진행되었던 과학 예산의 사무라이식 삭감에 대한 이야기를 올렸는데 (여기) 일본의 예산이 확정된 모양입니다. 아직 다른 곳의 소식은 보지 못했고 작년 12월 25일 일본 싱크로트론 가속기 센터인 SPring-8은 만족할 수준은 아니지만 산타 할아버지로부터 선물을 받았습니다. (원문은 여기) SPring-8의 2010년 예산은 84억 9천만 엔으로 작년에 비해 겨우(?) 1억7천만 엔이 삭감된 액수입니다. 원래 제시 되었던 삭감 수준이 1/3 에서 1/2 이었으므로 이 정도면 학계의 항의가 먹혔다고 볼 수 있겠네요. (사실 이정도로 예산이 깎이면 연구소 문을 닫아야 할 정도입니다.) 불필요한 연구비를 줄여서 고속도로 통행료 면제 등을 추진하겠다는 하토야마 정권이 정책을 바꾼 건 아닌지 모르겠군요. 오늘 뉴스에는 일본 유권자의 50%가 민주당 정권을 지지하지만 민주당의 공약에서 지지하지 않는 공약이 바로 고속도로 무료화라고 하네요. (뉴스는 여기)

프랑스는 좋은 편입니다. 연구소의 아이비 리그를 만들겠다는 사르코지 대통령의 약속에 따라 대학교에 110억 유로라는 폭탄이 떨어졌습니다. 이는 미국의 연구비 증액에 자극받은 프랑스 정부가 약속한 350억 유로의 일부라고 합니다. 하지만 이 돈은 지난 10년간 예산 부족에 허덕였던 프랑스 대학들의 잃어버린 10년을 보충하는 데 주로 쓰일 것이기 때문에 프랑스 연구진들의 (불만에 찬) 튀어나온 입은 아직 다물어지지 않고 있습니다.

영국은 역시 사정이 좋지 않습니다. 영국은 STFC(Science and Technology Facilities Council)에서 대형 프로젝트를 관리하는 데 5년간 24억 파운드를 투자한다고 발표했습니다. 이 액수는 원래 예정보다 삭감된 액수로 위원회는 삭감액을 각 분야에 고루 반영하려 노력했다고 말했습니다. 핵물리 쪽에서는 원래 예산의 29%가 깎이고 LHC에서 행해질 ALICE 실험 연구가 취소되었습니다. 물론 ALICE 실험은 계속됩니다. 단지 영국 쪽의 연구 기여가 빠진다는 이야기 입니다.

제일 사정이 좋은 곳은 그래도 미국입니다. 오바마 대통령이 연구 개발비를 점진적으로 GDP의 3% 수준으로 올린다는 목표를 제시했었는데 이에 따라 예산이 대부분 올랐습니다. (자세한 내용은 여기) 가장 큰 삭감은 표준연구소 NIST의 연구 시설 건설 부문으로 14.5% 삭감되었습니다. (NIST 전체로는 예산이 증액되었습니다.) 가장 크게 예산이 오른 부문은 국가 핵 안전 분야의 핵 비확산 파트로 44% 예산 증액이 되었고 학술 연구 쪽으로 중요한 NSF는 8.4% 증가했습니다. 에너지성(DOE)의 과학국(Office of Science)의 전체 예산도 3.1% 증액되었는데 그 중 핵물리는 4.5%, 입자물리는 1.9% 증액되었습니다.

볼펜의 역사

2010-01-01T19:36:00.000+09:00

위키에서 우연히 볼펜에 대한 글을 읽었습니다. 우리 주위에서 가장 흔하게 볼 수 있는 것 중의 하나가 볼펜이라고 생각되는데 볼펜의 종류는 요즘 셀 수 없을 정도로 많습니다. 우리 생활을 편하게 해주는 많은 발명이 긴 산고 끝에 나온 것처럼 볼펜도 많은 발명가를 거치며 오늘에 이르게 됩니다. 위키에 나온 정보를 여기 소개합니다.

우리나라에서는 볼펜, 중국어로는 原子筆 , 영어로는 ball-point pen 또는 ball pen이라고 배웠는데 영국과 호주에서는 biro (바이로우 또는 비어로, 비로)를 쓰기도 한답니다. 볼펜의 심은 보통 0.7 mm 에서 1.2 mm의 구슬로 볼펜의 이름도 여기에서 유래 된듯합니다. 그럼 비로라는 단어는 어디에서 유래 했을까요? 그건 바로 볼펜을 발명한 헝가리의 발명가 리슬로 비로 (László Bíró)에서 나왔습니다.

볼펜이 나오기 전까지 서양의 주 필기도구는 펜과 만년필이었습니다. (저는 지금도 만년필을 더 좋아합니다만.) 하지만 이것들은 쓰기에 그리 편하지는 않습니다. 더구나 종이가 아닌 다른 표면에 글을 쓰는 것은 거의 불가능합니다. 볼펜은 겉으로는 간단해 보이지만 쓰기에 안정적이고 대량 생산이 가능한 볼펜을 경제적인 가격으로 만들기 위해서는 수많은 실험과 더불어 현대 화학과 20 세시의 기술이 접목되어 있습니다.

볼펜에 관한 기록은 17 세기 갈릴레오 갈릴레이까지 올라간다고 합니다. 볼펜에 대한 첫 특허는 1888년 10월 30일 Kayleigh frost Loud라는 가죽을 다루는 사람에 의해서라고 합니다. 이 사람은 가죽을 무두질하는 사람인데 무두질을 위해 가죽에 표시를 해야 하지만 당시의 만년필로는 가죽에 표시를 하는 게 불가능 했습니다. 이 사람의 아이디어는 소켓에 회전할 수 있는 작은 금속구를 넣는 것이었습니다. 현재 볼펜의 구조와 같은 거죠. 이렇게 만든 첫 볼펜은 발명가의 의도대로 가죽과 같은 거친 표면에 글을 쓸 수 있게 하였습니다. 하지만 종이위에 세밀하게 글을 쓰기에는 볼펜이 너무 거칠었기 때문에 상용화 되지는 못했습니다.

1904년부터 1946년 사이에 만년필을 대체할 수 있는 필기구에 대한 관심이 증폭되었습니다. 이 때 여러 건의 볼펜에 대한 특허가 발급되었습니다. 이 당시에는 잉크를 가는 관에 넣고 관 끝에 작은 볼을 가두어 빠지지 않도록 하고 잉크가 이 볼에 달라붙어 있다가 종이위에 볼을 굴리면 잉크가 종이에 묻게 하는 방식이었습니다. 이 방식의 단점은 잉크가 고르게 나오지 않는다는 점이었습니다. 볼 소켓이 너무 타이트하면 잉크가 너무 적게 나오거나 아예 나오지 않았으며 반대로 너무 느슨하면 잉크가 쏟아져 나오곤 했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 아이디어가 나왔지만 상업적으로 성공을 거둔 경우는 없었습니다.

이 때 헝가리의 신문 편집자인 라슬로 비로가 등장합니다. 그 또한 글을 많이 쓰는 사람으로 만년필 때문에 골치를 앓고 있었는데 잉크를 채우고 지저분해진 종이를 치우는데 시간이 많이 들고 만년필의 날카로운 펜끝 때문에 종이가 쉽게 찢어지곤 했습니다. 그는 이 문제를 해결하기 위해 볼펜에 관심을 가지게 됩니다. 비로는 그 당시 볼펜이 가지고 있던 문제점을 알고 있었는데 그는 신문 인쇄 잉크가 빨리 발라서 종이가 젖거나 얼룩이 생기지 않는다는 점에 착안했습니다. 그래서 같은 종류의 잉크를 이용해 볼펜을 만들고자 했습니다. 당시 볼펜의 또 다른 문제점은 잉크가 원하는 대로 흐르지 않는다는 점이었습니다. 그래서 사용 시에는 볼펜을 거의 수직으로 잡고 써야 했습니다. 비로는 잉크관에 압력을 가해 삼투압을 이용해 잉크가 흐르게 하여 이 문제를 해결했습니다. 화학자인 동생 조오지의 도움으로 현재의 볼펜이 탄생하고 1938년 6월 15일 영국 정부에 특허를 신청하였습니다.

1940년 비로 형제는 친구와 함께 나치 독일을 피해 아르헨티나로 이주합니다. 그곳에서 Birome라는 브랜드로 볼펜을 생산하였습니다. 볼펜은 또 만년필과 달리 높은 곳에서도 사용이 가능했습니다. 그래서 영국 공군이 볼펜을 사용하게 되었습니다. 1945년 샤프펜슬 메이커인 에버샤프는 에버하드-파버와 함께 볼펜의 미국 판매를 위해 특허를 취득합니다. 같은 시기 한 미국 사업가가 부에노스아이레스에서 비로의 볼펜을 발견하고 몇 자루를 사서 귀국 후 레이놀드 국제 펜 회사를 차리고 특허 없이 볼펜을 생산하기 시작했습니다. 첫 볼펜은 1945년 10월 29일 뉴욕의 백화점에서 한 자루에 당시 가격으로 $12.50 에 팔렸으니 엄청나게 비싼 제품이었습니다. 그 후 영국을 비롯한 유럽 전역에서 볼펜이 생산되어 팔려갔습니다. 값싼 볼펜심은 BIC, 후버, 제록스 같은 회사에 의해 생산되었습니다. 비로의 생일인 9월 29일은 아르헨티나에서 1990년 발명가의 날로 지정되어 기념되고 있습니다.

우리나라에서는 1962년 한 회사원이 일본사람들이 볼펜을 쓰는 것을 발견하여 일본의 볼펜 제조 회사를 알아내고 이듬해인 1963년 첫 볼펜을 생산하기 시작했습니다. 그 회사원이 바로 (주)모나미를 설립하신 분이라고 합니다. (당시 가격은 15원이었다고 합니다.)

<볼펜 설계도와 발명가 라슬로 비로>

논문 쓰기 위한 10가지 규칙

2009-12-27T03:08:00.000+09:00

저번에 대학원에서 과학을 전공하는 학생을 위한 조언이라는 내용을 소개한 적이 있었습니다. (여기) 그 중 하나가 논문을 많이 쓰라는 것이었는데 이번에는 논문 쓰는 10 가지 규칙 (Ten Simple Rules for Getting Published)에 대한 에세이를 소개합니다. 이를 쓰신 분은 캘리포니아 대학 샌디에고의 교수인 Philip E. Bourne라는 분으로 오픈 저널인 PLoS: computational biology의 에디터입니다. (2009년 벤자민 프랭클린상 수상) 이 에세이 또한 PLoS: computational biology에 실려 있습니다. (원문은 여기) 이 기사는 계산 생물학의 국제 학회 소속 student council의 요청으로 2005년 학회에서 (주로 처음 논문을 쓰는) 생물 학도를 위해 논문 쓰는 방법에 대한 자신의 생각을 정리한 글입니다. 전공 분야에 따라 조금의 차이는 있겠지만 대체적으로는 모든 과학 논문 작성에 필요한 과정이라 생각되어 여기 소개합니다. (파란색 부분은 에세이에 있는 말이고 밑의 설명은 제 생각입니다.)

Rule 1: Read many papers, and learn from both the good and the bad work of others. (논문을 많이 읽어라. 좋은 논문, 나쁜 논문 모두 배울점이 있다.)

역시 가장 중요한 것은 다른 논문을 많이 읽는 것입니다. 좋은 논문은 물론 반드시 읽어야할 가치가 있고 나쁜 논문은 타산지석으로 삼아야 합니다. 따라서 나쁜 논문도 조금은 읽어야 합니다. 여기서는 하루에 최소한 두 개의 논문을 읽으라고 권합니다. 물론 논문을 아주 자세히 분석하기에는 터무니없이 부족한 시간이지만 논리의 흐름, 논문의 질, 형식 등은 따질 수 있습니다. 그리고 논문을 비판적으로 읽어야 하는 것은 필요합니다. 데이터 분석이나 실험 장치에만 매달리지 말고 자기가 하는 연구를 큰 틀에서 가끔은 생각하는 게 필요하죠.

Rule 2: The more objective you can be about your work, the better that work will ultimately become. (자신의 연구를 객관적으로 바라볼수록 더 좋은 연구가 가능하다.)

자신의 연구에 객관적이 되기 위해서는 다른 사람의 시각으로, 때로는 반대파의 시각으로 자신의 일을 보는 게 필요하죠. 논문을 쓰면서 자신이 이 논문의 리뷰어라고 생각해 보십시오.

Rule 3: Good editors and reviewers will be objective about your work. (좋은 에디터와 리뷰어는 너의 연구를 객관적으로 평가한다.)

논문을 저널에 submit하기 전에 충분히 검토를 하고 보완하는 것은 당연합니다. 리뷰어의 임무는 논문 비판이 아니라 논문의 질을 올리는 것입니다. (물론 예외적으로 아주 심술궂은 리뷰어도 있습니다.) 하지만 틀린 논문에는 그런 임무를 하지 않는다는 필자의 말에는 동의합니다.

Rule 4: If you do not write well in the English language, take lessons early; it will be invaluable later. (영어에 자신이 없다면 빨리 배워라. 어차피 필요한 일이다.)

요즘 대부분의 저널은 영어를 공용어로 하고 있기 때문에 영어로 논문 쓰는 연습을 많이 해야 합니다. 무조건적인 영어 만능주의에는 반대하지만 전문 학술인이 되고자 하는 사람으로서 영어는 필수입니다. 처음 논문 쓰는 (특히 비영어권) 사람이 저지르기 쉬운 실수가 바로 영어에 있습니다. 많은 학생들이 고급 단어, 고급 문장을 이용해 논문을 고급 영어로 쓰려고 노력합니다. 하지만 과학논문은 소설이나 시가 아닙니다. 현란한 단어나 고급 문법보다는 직설적이고 논리적인 글이 훨씬 보기 좋습니다. 내가 쓴 논문을 읽는 사람 중에는 비영어권 사람이 더 많을 수 있습니다. 멋있는 말보다는 문법에 충실하게 명확하게 자신의 연구 결과를 설명하는 게 필요합니다.

Rule 5: Learn to live with rejection. (리젝트 당하는 것에 익숙해질 필요가 있다.)

논문을 리젝트 당하면 물론 기분 나쁩니다. 하지만 실패에서 많은 걸 배울 수 있죠. 다른 일상사와 마차가지로 연구에서도 그렇습니다. 사실 저자의 말대로 과학을 하는 것은 리젝트 받는 것의 연속일 수도 있습니다. (논문에서도 그리고 직장 찾는 것에서도) 논문의 리뷰어의 수는 저널에 따라 다릅니다. 리뷰어가 여러 명일 경우 어느 리뷰어는 추천을 어느 리뷰어는 리젝트를 놓기도 합니다. 어떤 경우라도 리뷰어와 싸움은 피하는 게 좋습니다. 논문을 처음 쓰는 경우에는 그래서 경험 많은 이와 함께 쓰는 게 좋습니다. 연구 주제, 방법, 논문 쓰는 법뿐 아니라 리뷰어에 답장하는 방법도 배울 수 있으니까.

Rule 6: The ingredients of good science are obvious—novelty of research topic, comprehensive coverage of the relevant literature, good data, good analysis including strong statistical support, and a thought-provoking discussion. The ingredients of good science reporting are obvious—good organization, the appropriate use of tables and figures, the right length, writing to the intended audience—do not ignore the obvious. (좋은 과학의 요소는 명백하다. 연구 주제의 새로움, 관련 논문에 대한 충분한 이해, 좋은 데이터, 통계적으로 충분히 좋은 분석, 철저한 토의 등이다. 좋은 과학 논문의 요소 또한 명백하다. 적절한 구조 배치, 적절한 표와 그림 활용, 알맞는 길이, 독자층을 의식한 글쓰기 등. 명백한 것들을 무시하지 마라.)

이 저자는 논문의 객관성을 자주 강조합니다. 좋은 연구를 하는 것과 좋은 논문을 쓰는 것은 서로 연관되어 있으면서도 조금은 다르죠. 따라서 논문을 쓰고 저널에 보내기 전에 주위의 동료들에게 보여주고 의견을 구하는 것은 좋은 일입니다.

Rule 7: Start writing the paper the day you have the idea of what questions to pursue. (연구 주제가 떠오르면 그 날부터 논문을 쓰기 시작하라.)

학위 논문과 학술지 논문에는 차이가 있습니다. 학술지 논문은 대개 간결하면서 요점을 잘 드러내도록 써야 합니다. 아이디어가 떠오르는 즉시 논문을 쓰기 시작하라는 말은 아이디어가 떠오르면 논문의 형태로 노트를 만들라는 것과 같습니다. 그냥 아이디어를 갈겨쓴 노트가 아니라 나름 정리되고 논리적인 (물론 나중에 엄청난 수정을 거치겠지만) 논문 형식으로 노트를 만드는 것입니다. 그리고 참고문헌 정리도 그 때 그 때 해놓으면 편리하죠. 참고문헌으로 인용할 논문은 반드시 한번은 읽어 보십시오.

Rule 8: Become a reviewer early in your career. (논문 심사 경험을 빨리 갖도록 하라.)

리뷰어가 되서 다른 저자의 논문을 심사하는 것은 좋은 경험입니다. 따라서 빨리 리뷰어의 경험을 갖게 되면 좋은 일입니다. 하지만 대학원생에게 논문 리뷰를 맡길 저널은 없습니다. 그래서 지도교수를 이용하는 겁니다. 지도교수에게 부탁하여 심사 의뢰가 들어온 논문을 혼자 심사해 봅니다. 그리고 지도교수의 심사문과 비교해 봅니다. 그러면 자신이 무엇을 간과하고 부족했는지를 알 수 있죠. 우리나라에서는 학생이 지도교수에게 부탁하는 게 어떨지 모르겠네요. 하지만 학생을 생각한다면 지도교수로써 이 정도는 고려해줄 수 있다고 봅니다. (그리고 최소한 박사과정 학생 정도는 되어야 심사할 수 있겠죠?)

Rule 9: Decide early on where to try to publish your paper. (논문을 어느 저널에 보낼 것인지 빨리 결정하라.)

보통은 논문을 쓰기 전에 제출할 저널을 함께 생각해야 합니다. 저널에 따라 형식이 다르고 또 길이에 제한이 있을 수 있으므로 나중에 수고를 덜기 위해 처음부터 최소한 정식 논문인지 레터 형식으로 할 것인지 정도는 생각을 하는 게 좋습니다. 또 이 정도의 논문은 이런 저널에 내면 알맞겠다는 생각이 든다면 이미 논문의 질과 저널의 수준을 파악하고 있는 셈이죠. 저널을 선택할 때는 또 주 독자층의 전공 분야를 알아야겠죠.

Rule 10: Quality is everything. (논문의 질이 가장 중요하다.)

이건 당연한 말입니다. 논문의 수도 중요하지만 정말로 중요한 몇 편의 논문을 쓰는 게 훨씬 임팩트가 강합니다. 누구든지 자신의 논문이 많은 사람들에 의해 읽히고 인용되기를 바랍니다. 아무도 거들떠보지도 않는 논문은 이력서의 칸을 채우는 데에는 도움이 될지 몰라도 학계에 알려지는 데는 별 효과가 없습니다. 그렇다고 큰 것 하나만 노리는 것 또한 바람직하지 않습니다. 작은 것을 꾸준히 만들 때 큰 것도 나오겠죠.

자기 단극 (magnetic monopole)의 발견?

2009-12-20T17:32:00.000+09:00

연합뉴스에 재미있는 기사가 실렸는데 2009년 올해 과학성과 상위 10개 부분을 사이언스를 인용해 발표했습니다. (원문은 여기) 그 중 눈길을 끄는 부분은 이 부분입니다.

▲ 자기의 단극(單極) 발견: 현대 전자기학에서는 존재하지 않는다고 가정하고 있지만 100여 년 전부터 그 존재가 예견됐던 자기의 단극(monopole)이 마침내 영국 학자들에 의해 발견됐다

자기 단극 혹은 홑극으로 불리는 magnetic monopole에 대한 연구는 오랜 역사를 가지고 있으며 중요한 연구 과제이기도 합니다. 이를 찾기 위한 실험이 계속되어 온 것도 사실입니다. 그런데 제가 미욱한 탓인지 올해 그것이 발견되었다는 소식을 듣지 못했는데요. 만약 magnetic monopole이 발견되었다면 과학사를 뒤흔드는 큰 사건인데 주위에서 그에 대한 뉴스를 접하지 못했다는 게 이상하더군요. 연합뉴스의 출처가 사이언스 잡지이니까 그곳으로 들어가 보았습니다. 12월 18일자로 2009년의 큰 발견이라는 타이틀로 기사가 나와 있습니다. 하지만 기사를 공짜로 볼 수 없어 포기할 수밖에 없었습니다. 하지만 다른 언론 매체에 나와 있을까 싶어 찾아보았습니다. BBC 에 나와 있습니다. (여기) BBC의 기사 중 자기 단극에 관한 기사를 인용하면 이렇습니다.

Magnetic monopoly: Physicists working with strange crystalline materials called spin ices created magnetic ripples that behaved like "magnetic monopoles" - fundamental particles with only one magnetic pole.

연합뉴스의 기사와는 다르죠. 자기 단극처럼 "행동하는" 웨이브를 발견했다는 이야기 입니다. 원래 자기 단극으로 불리며 과학자들이 찾으려고 했던 전자기학에 나오는 자기 단극이 아니고 특정 물질에서 마치 자기 단극처럼 행동하는 준입자 (입자는 아니지만 입자처럼 다룰 수 있는 것)를 발견했다는 이야기입니다. 위키피디아에도 이 이야기가 실려 있습니다. (여기) 명확하게 자기 단극과 응집물질에서 발견된 자기단극 준입자를 혼동하지 말 것을 당부하고 있네요. 우리나라 언론에도 과학 전문기자가 좀 많아졌으면 합니다.

예산 삭감에 떠는 일본의 WPI

2009-12-04T19:18:00.000+09:00

최근 일본에서는 과학계의 예산 삭감 바람이 불어서 많은 과학자들이 걱정한다는 내용입니다. 이에 대한 소식은 네이처의 뉴스란에도 소개가 되었는데 구독료를 내지 않으면 볼 수 없습니다. (하지만 이 뉴스에 대한 댓글은 볼 수 있습니다.) 따라서 일본 가시와 소재 동경 대학교의 Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (IPMU) 의 홈페이지에 나온 내용을 중심으로 소개합니다. 미국 캘리포니아 버클리 대학교 물리학과의 MacAdams 석좌교수이자 IPMU의 초대 소장인 히토시 무라야마 교수의 인터뷰를 중심으로한 기사입니다. (원문)

현재 우리나라에서 진행되고 있는 프로젝트로 (말많은?) World Class University (WCU) 프로젝트가 있습니다. 전정부에서 처음 기획되었고 현정부 들어 시행이 되고 있는데 이와 비슷한 프로젝트가 일본에도 있습니다. 그 이름은 World Premier International Research Center Initiative program으로 약어로는 WPI 입니다.

WPI는 2년전인 2007년 10월에 시작이 되었는데 일본에 신정부가 들어서면서 이 프로젝트에 대한 전면적인 재검토에 들어 갔습니다. WPI의 목표는 일본에 다섯 개의 새로운 국제 과학 연구소를 세우고 이를 국제적 명성의 연구소로 만들기 위해 30% 이상 외국인 학자를 의무적으로 고용하고 연구소안에서는 영어를 공용어로 쓰며 학제간 연구를 장려하고 이로써 일본과 국제 사회의 언어적 문화적 장벽을 허무는 것을 요구합니다. IPMU도 WPI에 의해 설립된 연구소입니다.

지난 9월 일본은 정권교체를 택했고 하토야마 신정부가 예산 절감을 내세우면서 WPI를 포함한 일본의 과학분야 연구비를 삭감하려 합니다. 새로이 만들어진 Government Revitalization Unit 은 400 개가 넘는 정부 지원 프로그램에 대한 리뷰를 위해 청문회를 갖는다고 합니다. 이 위원회는 정치인과 기업가로 주로 이루어져 있고 학자들은 소수인데 이 위원회가 각 프로그램의 효율성을 판단하여 프로그램들 종료할 것인지 예산을 반이나 1/3 삭감할 것인지를 권고할 것이라고 합니다.

일본 재무성은 이 위원회의 권고 사항을 매우 진지하게 받아 들일 것이라고 했는데 이 위원회는 이미 WPI 센터의 외국인 학자, 학제간 연구소, 젋은 학자와 여성 학자에 대한 지원 삭감을 권고했다고 합니다. 마루야마 소장은 30-50% 의 예산 삭감 또는 경우에 따라 프로그램을 완전 종료 하는것은 재능있는 학자들을 거리로 내모는 것이라고 비판합니다. 그리고 이런 결정이 WPI의 예산 삭감에서 멈추지 않고 과학계 전체로 확산될 것을 염려합니다.

IPMU는 현재 72 명의 전일제 학자중 41 명이 외국인이며 2 년간 10 개의 상을 수상했으며 주 연구 분야는 암흑 물질과 암흑 에너지 입니다. 미국 잡지인 Physics Today와 SLAC의 이론 물리 학자 마이클 페스킨 (Michael Peskin), 프린스턴의 천문학자 마이클 스트라우스 (Michael Strauss)등이 IPMU의 업적을 인정하는 코멘트를 하지만 예산 삭감은 피할 수 없을 것으로 보입니다.

WPI의 director인 쿠로키 교수는 이에 대해 항의하고 대항할 것을 촉구 합니다.

"우리는 일본의 과학 리더쉽을 지키기 위해 나서야 한다. 일본은 항상 세계를 리드하는 첨단 과학을 지원해 왔고 이는 국가의 자존심 문제다. 우리는 이미 지난 몇 년 4 개의 노벨상을 비롯한 찬란한 성과를 거두었다. 현 정부는 선거 기간 동안 말했던 과학 진흥에 대한 공약을 지켜야 한다." 그는 또 이런 결정이 국제 과학계에서 일본의 위상 추락과 함께 일본이 신뢰할수 없는 국가로 인식될 수 있다고 경고합니다. 이에 대해 2006년 노벨상 수상자인 캘리포니아 대학의 천체물리학자 조지 스무트 (George Smoot)도 동조하고 있군요.

쿠로키 교수는 마지막으로 국제 사회에 일본 정부에 압력을 가해줄 것을 호소하는 데요, 아래는 쿠로키 교수가 보내는 호소문입니다.

하토야마가 일본 수상으로는 처음으로 과학 분야 학위를 갖고 있다는데 이 소식은 좀 의외입니다. 다르게 보면 일본의 경제 상태가 아주 좋지 않다는 뜻인지도 모르겠군요.

Crisis of Science in Japan

Toshio Kuroki, MD

When his cabinet launched in the early September, Prime Minister Hatoyama, promised to promote education and science. First time in our history, Dr. Hatoyama was educated in science (mathematics) at University of Tokyo and at Stanford University for PhD degree; three other cabinet members were also educated in engineering. We trust his words naturally.

During this two weeks, the government has been conducting public hearing on more than a hundred government-funded programs including science, where committees made up mostly by non-experts have judged the effectiveness of each science program and recommended termination, reduction in funding by a half or a third. Minister of Finance publicly announced that the Ministry will take these recommendations by the committees seriously.

Nature reported on line 17 November the crisis of Japanese science. Yes, it is really crisis. If this goes on, science budget will be deeply cut and Japanese science will die.

Along with super-computer, funding to basic/applied research, and employing scientists, the WPI (World Premier International Research Center Initiative) program also faced deep cut of budget. This WPI program aims to establish a globally visible and internationally opened research center in Japan. Five WPI research centers were launched on October 1, 2007, in which 30-50% of scientists are non-Japanese, English is used as their official language and interdisciplinary research is promoted. http://www.jsps.go.jp/english/e-toplevel/index.html

I, as Program Director of WPI, would appreciate it if you understand the situation of WPI and send an e-mail, before December 15, to the Ministry of Education, which fortunately understands the importance of science.

To: nak-got@mext.go.jp

Subject: No. 14, WPI
or any comment on science in general

which will reach Senior Vice Minister and Vice Minister of Education .

Thank you for your cooperation.

November 22, 2009

Toshio Kuroki, MD

Deputy Director of Science Research Center, Japan Society for the Promotion of Science

WPI Program Director

Professor Emeritus, University of Tokyo and Gifu University

LHC에서 나온 첫 논문

2009-12-02T17:17:00.000+09:00

눈이 내리는 날 새벽 다른 사람보다 먼저 일어나 깨끗하고 새하얀 눈밭에 제일 먼저 자신의 발자국을 찍으려 했던 경험이 있을 겁니다. 모든 사람이 그러하듯 과학하는 사람도 마찬가지 입니다. 지난 11월 23일 CERN의 LHC에서 처음으로 양성자-양성자 충돌 실험이 실시 되었죠. 그 결과가 논문으로 11월 28일자로 벌써 나왔습니다. (arXiv:0911.5430) LHC에는 CMS, ATLAS, LHC-b, ALICE 등의 실험이 있는데 중이온 실험이 목표인 ALICE에서 선수를 쳤습니다. 경쟁이 더 치열해 지겠네요.

<출처: arXiv:0911.5430>

초대칭 입자

2009-11-30T19:10:00.000+09:00

초대칭 입자가 발견 될건지에 대한 내기가 9년전인 2000년 6월에 덴마크 코펜하겐에서 열린 Triangle-2000 meeting에서 있었습니다. 결론을 내리는 시기는 2010년 6월 21일까지로 그 당시에는 이 때 쯤이면 LHC에서 무언가 결과가 나오길 기대 했었습니다. 내기에서 지는 쪽은 $50 이상의 꼬냑 한 병을 사가지고 와야 합니다. 노벨상 수상자인 토프트도 있는데 'No'에 걸었습니다. 단 "양 쪽 모두 승리를 주장할 것이다"라고 주를 달았습니다. 16:7 로 부정적 전망이 우세합니다.

중국의 핵물리학 이론 연구

2009-11-26T18:14:00.000+09:00

중국의 이론 핵물리학을 간단히 소개하는 논문집이 출판되었네요. 총 26 개의 논문이 Science in China Series G: Physics, Mechanics & Astronomy의 volume 52, no. 10 에 실렸습니다. 사실 이 저널은 중국 과학원 (Chinese Academy of Sciences)에 의해 발행되는 저널로 50년이 넘는 역사를 가지고 있고 지금은 독일 Springer Verlag에 의해 출판이 되지만 (편집은 중국 과학원이 함) 그리 잘 알려진 저널은 아닙니다. 하지만 중국 내의 연구에 대해서 이런 논문집을 만들기에는 적절한 선택으로 보입니다. 이 논문집의 목적은 최근 중국에서 건설된 대규모 입자 가속기를 이용한 실험에서 나오는 결과를 해석하고 새로운 input을 주는 핵물리학의 이론 분야 연구를 리뷰 하는 것입니다. 중국에서 핵물리학 연구에 사용되는 입자 가속기는 다음과 같습니다.

(1) Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL-CSR): 2007년 완공되어 방사능 이온 빔을 생산합니다. 따라서 우리나라에서 거론되는 중이온 가속기의 성격과 비슷합니다. 연구 주제는 불안정한 원자핵, 핵물질의 isospin 의존도, 붕이온 융합, 초중량의 원자핵 합성, 강입자 물리, 고밀도의 핵물질, 고전하를 갖는 핵이온 등과 그 응용입니다.

(2) 베이징 전자-양전자 가속기 (Beijing Electron Positron Collider II)에서 업데이트된 BES-III (Beijing Spectrometer III): 빔의 에너지가 4 GeV에 이르는 전자-양전자 충돌 실험 장치로 등소평의 직접적인 관심하에 건설된 BEPC의 업그레이된 장치. 주로 차모니움 (charmonium) 물리, D (메존) 물리, 타우 (tau)에 관계되는 물리, 그리고 가벼운 강입자의 스펙트럼을 연구합니다.

(3) Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF): 2009년 4월 완성된 고에너지 (3.5 GeV)의 광자 빔을 생산 하는 가속기. 광자와 핵자 또는 원자핵의 충돌 실험을 통해 핵물리의 다양한 연구과제 수행을 목표로 함. 이 가속기 시설은 중국에서 가장 큰 규모의 연구 시설로 핵물리뿐 아니라 재료, 바이오를 비롯한 학술 연구와 산업기술 개발에도 이용됩니다.

이 논문집에서는 위에 나열한 가속기에서 연구되는 주제를 중심으로 중국에서 수행되고 있는 핵물리학 이론 연구를 리뷰한 것입니다. 여기에서는 대략 다섯 가지 연구에 중점을 두었습니다.

(1) 핵물질의 상태 방정식과 열역학, 그리고 QCD. 최근의 관심은 핵물질을 이루는 양성자와 중성자의 비율이 1:1 이 아닌 경우 미디움에서 핵자의 상호작용과 상태방정식이 어떻게 변하는가에 있다. 즉 nuclear symmetry energy가 밀도에 따라 그리고 아이소스핀에 따라 어떻게 변하는가 하는 문제는 방사성 원자핵의 구조뿐 아니라 희귀 동위원소의 붕괴 그리고 중성자 별에 대한 천체물리에도 관계된다. 이에 대한 연구로는 isospin asymmetric nuclear matter의 상태방정식을 기술하기 위한 현상론적인 momentum-independent model, HBT interferometry를 이용해 밀도에 따른 symmetry potential을 연구하는 방법의 문제점, hard-dense-loop을 이용해 zero temperature와 finite quark chemical potential에서 QCD의 상태방정식, strange quark matter등이 리뷰되었다.

(2) 강입자 스펙트럼과 붕괴 성질: 의 성질에 대한 연구가 chiral quark model을 이용해 이 강입자의 파동함수에 성분과 성분을 포함시킨 모형에서 연구되었다. 는 채널과 강하게 연결되는데 최근의 연구는 이 입자가 채널과도 강하게 결합하는 걸 보여주고 있고 이는 BES 데이터에사 유추된 의 결합상수가 크다는 것에 의해 뒷받침된다.

(3) 이질적인 원자핵의 구조와 반응: 중이온 가속기로 인해 방사성 이온 빔이 가능해 짐에 따라 nuclear chart에서 지금까지 접근하지 못했던 부분에 대한 연구가 가능해졌다. 이질적 (exotic) 핵구조에 대한 이론 연구가 리뷰되었다. 양성자의 방사능과 양성자 드립라인을 넘어서는 proton-rich nuclei 에서 일어나는 현상이 일반화된 liquid-drop model에서 연구되었다. 천체 반응인 과 반응이 Skyrme-Hartree-Fock model 에서 얻어진 평균장 퍼텐셜을 이용해 연구되었다. 또한 에사 발견된 4 개의 밴드, N=Z (중성자의 수 = 양성자의 수) 핵인 , 의 자기 쌍극자 모멘트, 그리고 찌그러진 초핵등이 연구 되었다.

(4) 중이온 융합 (fusion)을 통한 아주 무거운 (초중량, super heavy) 원소의 합성: super-heavy element (SHE)의 합성은 수 십년간 핵물리의 주요 연구 과제였다. Z = 103 부터 116 그리고 118 의 SHE의 많은 동위원소가 실험에서 발견 되었고 Z=112 이하의 원소는 이름이 지어졌다. 중국에서는 두 개의 새로운 초중량 원자핵 와 가 HIRFL에서 발견이 되었다. SHE의 생성 단면적과 반감기는 전하 수 Z 가 커짐에 따라 급히 줄어든다. 중이온 융합 반응의 메커니즘을 이해하고 앞으로의 실험을 가이드하기 위해 많은 이론 계산이 수행되었으며 이 중 일부를 리뷰하였다.

(5) 새로운 원자핵 모형: 원자핵의 shell model 과 collective model 과 관련된 새로운 모델이 포함된다. nuclear shell model Hamiltonian 의 행렬 원소의 일반적 행동에 대한 연구와 collective model에서는 milti-O(4) model의 4차항까지의 처음 계산에 대한 리뷰가 포함된다.

<Lanzhou에 위치한 HIRFL-CSR. 출처: http://imp.cas.cn>

마이클 그린, 새 루카스좌 교수

2009-11-23T23:22:00.000+09:00

저번 포스트에서 마이클 그린이 호킹의 뒤를 이어 루카스좌 교수가 되었다는 소식을 전했는데 (호킹은 끈이론에 그다지 찬성하는 것 같지는 않았지만) 이에 대한 좀 더 자세한 기사를 영국의 가디언과 캠브리지 뉴스에서 볼 수 있습니다.

(가디언, 10월 24일 2009) 원문은 여기

물론 루카스좌 교수가 된 직후 가진 인터뷰이니까 그린의 시각을 존중하는 입장에서 기사를 쓴 듯 합니다. 대략 몇 가지 간추리면 이렇습니다. 먼저 가디언에 실린 뉴스입니다.

먼저 기자는 그린의 옛 모습이 해리슨 포드 닮았다고 합니다. 사진을 보고 판단해 보시죠. 그럴듯 하죠?

그리고 끈이론의 간단한 역사를 설명하고 끈 이론의 소위 1차 혁명과 2차 혁명에서 그린이 한 일을 말합니다. 그리고 가장 중요한 문제, 끈 이론의 검증에 대한 그린의 의견이 피력됩니다. 끈이론의 발전을 (전기력과 자기력이 하나라는) 전자기력의 발견에 비유합니다. (여기에 대한 반론은 이곳을 참조) 그리고 진리=뷰티 라는 명제와 끈 이론의 문제, 즉 검증에 관한 의견을 말합니다. LHC가 초끈 이론을 검증할 수 있다는 의견에는 (거의 모든 학자들이 그렇듯) 찬성하지 않는군요. 끈 이론의 반대파에 대한 생각도 말했는데 이는 좀 좋지 않아 보입니다. 상대에 대한 존중이 보이지 않는군요. 대표적인 반대파 두 사람에 대한 그린의 의견입니다. "두 사람 다 이 분야에서 알려질 만한 이유가 없는 사람들이다." 존 더 자세한 평은 이렇습니다.

피터 보이트 (Peter Woit, Not Even Wrong: The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law 의 저자, 번역판은 여기)에 대해: 그는 끈 이론 반대를 위한 블로그를 운영하는 블로거다. 내 생각에 그는 박사학위는 있지만 전직 물리학자이다. 아마 컬럼비아에서 시스템 매니저인지 뭔지 하는 사람이다. 그는 전문 물리학자가 아니고 끈 이론에 강한 반감을 갖고 블로그한다. 그에게 좋은 일이다. - 보이트에게는 기분 나쁜 말일지 모르죠. 그의 현재 타이틀은 컬럼비아대학 수학과 "Senior Lecturer" 라고 합니다. 보이트의 코멘트는 여기

리 스몰린 (Lee Smolin, The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next 의 저자, 이 책의 번역이 나왔는지 모르겠네요)에 대해: 그는 물리학에 대해 끈 이론과는 다른 관점을 가지고 있고 그걸 프로모트하고 싶어한다. 그리고 미디어가 북치고 장구치며 이를 부풀렸다. 이는 어느 대학 어느 곳에서 볼 수 있는 분위기와는 전혀 다르다. 끈 이론은 번성하고 있다.

이론물리가 끈 이론 한 방향으로만 흘러가고 있다는 비판에 대해: 사람들은 어느 것이 더 생산적이라고 느끼는 분야의 일을 한다. 다른 분야도 해야 한다고 말하는 것은 다 좋다. 하지만 끈이론외에 다른 것은 없다. (the only game in the town)

끈 이론의 대가인 만큼 끈 이론의 미래에 상당히 낙관적입니다. 호킹 라디에이션 문제 뿐 아니라 고온 초전도 문제도 해결하여 현재의 에너지 문제를 해결할 실마리를 끈 이론이 갖고 있다고 말하는군요. (MRI와 WWW 가 입자 물리에서 나왔다는 사실을 예로 들면서)

그외에 그린은 극단적 무신론은 싫어하지만 종교는 가지고 있지 않고 Open University에서 국제 관계 강의를 하는 부인과 사이에 9살난 딸이 있다고 합니다. (현재 그의 나이는 63세)

(캠브리지 뉴스, 11월 13일 2009) 원문은 여기

캠브리지 뉴스에 실린 인터뷰에서는 루카스좌 교수가 되면서 얻게 되는 1500만 유로 (약 27억원) 의 연구비를 어떻게 쓸 건지 고민이라는군요. 다른 분야의 연구비에 비하면 싸다고 말하는데 이론에서 그 정도의 연구비는 정말 큰 거죠. 그는 이 연구비를 끈이론의 응용에 투자하고 싶은 것 같습니다.

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.

루카스좌 교수

2009-11-17T20:13:00.000+09:00

개인적인 일로 오랫동안 블로그를 찾아오지 못했습니다. 제가 없는 100일 동안 동안 잡초(?)가 좀 자랐군요. 잡초를 제거하고 다시 이야기를 포스트합니다.

지난 10월말 영국의 캠브리지에서 호킹의 은퇴 소식이 나왔습니다. 다들 아시다시피 호킹은 캠브리지 대학, 수학과의 루카스 석좌교수로 재직 했는데요, 내년 1월 67세가 됨에따라 대학교의 규정에 의하여 2009년 9월 정년 퇴임을 하였습니다. (언론 보도: 캐나다 cbc, 영국 BBC, 한겨레 신문) 정년후에도 명예교수 (Professor Emeritus)로 연구를 계속할 것이며 또 캐나다 온타리오에 위치한 Perimeter 연구소의 석좌 연구원으로 활동할 예정이라고 합니다. 호킹의 후임으로는 초끈이론의 마이클 그린(Michael Green)이 임명되었군요. Wikipedia에 나온 그린의 약력은 이렇습니다.

1946년 5월 22일 영국 런던에서 출생
캠브리지에서 이론 물리로 학사 (1967년)
소립자 물리로 박사 (1970년)
포스트닥터: 프린스턴, 캠브리지, 옥스포드
1978-1993: 런던대학교 (Queen Mary) Lecturer and Professor
1993- : 캠브리지대학에서 이론 물리의 존 험프리 플러머 석좌교수

수상경력: 영국 Institute of Physics의 디락 메달, 맥스웰 메달, 이태리 ICTP의 디락 메달, 미국 물리학회의 대니 하인만 상

1989년 왕립학회 회원, 150개 이상의 연구 논문

참고로 루카스 석좌교수는 지금까지 모두 17명이 있었고 그린은 18대 루카스 석좌교수가 됩니다. 아래 표에서 연도는 루카스 석좌교수로 임명된 해를 나타냅니다.

1664: Isaac Barrow
1669: Isaac Newton (모두가 다 아는 뉴턴경)
1702: William Whiston
1711: Nicholas Saunderson
1739: John Colson
1760: Edward Waring
1798: Isaac Milner
1820: Robert Woodhouse
1822: Thomas Turton
1826: George Biddell Airy (Airy function의 에어리)
1828: Charles Babbage (컴퓨터 역사에서 항상 거론되는 배비지)
1839: Joshua King
1849: George Gabriel Stokes (유체역학, Stokes' theorem의 스톡스)
1903: Joseph Larmor
1932: Paul Dirac (모두가 다 아는 디락)
1969: James Lighthill
1979: Stephen Hawking
2009: Michael Greem

모르는 사람의 이름도 있겠지만 우리에게 친숙한 이름도 많이 보입니다. 루카스 석좌 교수의 공식 홈페이지는 이곳에 있습니다.

<마이클 그린>

쇤 사건 2

2009-07-07T22:43:00.000+09:00

두 논문의 그림이 유사하다는 지적을 받고 쇤은 그림이 실수로 섞여서 들어갔다고 말하고 에라텀을 냈습니다. 한 번의 실수는 가능합니다. 하지만 또 하나의 사건이 터집니다. 코넬대학의 폴 맥유엔이 쇤의 이전 논문인 사이언스 287, 1022 (2000)에서 같은 꼬리 모양의 그림을 찾은 것입니다.

<출처: J. H. Schön, S. Berg, Ch. Kloc, and B. Batlogg, Science 287, 1022 (2000)>

이 그림 또한 앞의 두 그림과 아주 흡사합니다. 앞의 두 그림의 경우 x-축의 범위는 같고 y-축의 범위는 하나는 0-0.2, 다른 하나는 0-2.0로 10배라 비슷하게 보입니다. 따라서 실수할 확률도 있습니다. 하지만 세 번째 그림은 x-축은 0-10, y-축은 0-10으로 앞의 두 경우와 확연히 다릅니다. 이제 세 그림을 같이 놓으면 이렇게 됩니다.

<출처: Physicstoday.org>

세 그림의 유사성이 두드러지게 보입니다. 이는 단순한 실수를 넘어서는 일입니다. 거기에 더하여 맥유엔과 리디아 손은 비슷한 그림을 다른 논문에서 더 찾아냈습니다. 그래서 위와 유사한 그림이 모두 사이언스, 네이쳐, 어플라이드 피직스 레터스등 세 개의 저널에서 실린 모두 여섯 개의 논문에서 발견됩니다. 이 사실에 과학계는 경악합니다. 더구나 위 논문들의 상당수는 벨 연구소의 저명한 학자인 배트록 (Bertram Batlogg, 이 당시에는 벨 연구소를 떠나 스위스의 ETH Zuerich로 옮겨 있었습니다.) 이 공동 저자로 참여해 있었기 때문에 충격은 더욱 컸고 쇤은 전도 유망한 젊은 학자였기에 많은 이들은 저자들의 명성에 흠이되지 않는 이성적이고 적절한 설명이 있기를 희망했습니다. 결국 이 사건은 벨 연구소의 수뇌부에게 들어가고 물리과학부의 부소장 체리 머레이는 2002년 5월 스탠퍼드 대학의 말콤 비즐리 (Malcolm Beasley)에게 이 사건의 조사를 의뢰하게 됩니다. 비즐리는 벨 연구소 내부인사와 외부인사를 아우르는 위원회를 조직하고 이 사건을 조사하기 시작했습니다. 비즐리 위원회는 벨 연구소 내부와 외부로 부터 많은 양의 정보를 제공 받았습니다. 벨 연구소는 국가 기관의 연구비를 받지 않았기 때문에 연방 정부의 과학 부정행위에 관한 정책을 따를 의무는 없지만 벨 연구소와 비즐리 위원회는 연방 규칙에 따라 조사를 시행하고 공정함과 철저함을 원칙으로 이 사건을 끝까지 파헤치기로 합니다. 조사 기간 동안 위원회는 벨 연구소의 어느 장소나 들어갈 수 있고 어떤 책이나 보고서를 열람할 수 있으며 연구소측의 철저한 협조를 약속 받습니다. 이제 유기 화합물로 초전도체, 레이저, 조세프슨-정크션, 단분자 트랜지스터를 만들 수 있다는 정말로 획기적인 벨 연구소의 연구는 조작 혐의로 조사를 받게 되었습니다. 처음에는 철저하지 못한 실험 노트 정리와 실수로 여겨졌던 사건이 논문 조작이라는 대형 사건으로 발전하게 된 것입니다.

비즐리 위원회는 첫번째 조사를 6월 말에 마치고 2002년 9월 127 쪽에 달하는 보고서를 제출합니다. 이 보고서는 벨 연구소의 약속대로 곧바로 일반에게 공개되었습니다. 비즐리 위원회는 20명의 공동저자를 포함한 25개의 논문에서 24건의 혐의를 조사하였습니다. 이 모든 논문의 공통점은 바로 얀 헨드릭 쇤이었습니다. 대부분의 경우 쇤 혼자 샘플을 만들고 측정을 했으며 (초벌) 논문을 썼습니다. 더구나 샘플을 만들기 위해 사용한 기계는 벨 연구소가 아니라 쇤이 박사학위를 한 독일의 콘스탄츠 대학에 있었습니다. 쇤은 그 기계가 더 익숙하다는 이유로 벨 연구소의 기계를 사용하지 않았습니다. (이상하죠? 아무래도 대학교의 기계보다는 벨 연구소의 기계가 더 좋을 것 같은데.) 비즐리 위원회는 24건의 혐의중 16건에 대해 부정행위가 있었다고 결론을 내립니다. 위원회의 조사는 벨 연구소의 적극적 협조에도 불구하고 쉽지는 않았습니다. 원 데이터를 요구하는 위원회에게 쇤은 데이터 파일을 더이상 가지고 있지 않다고 대답합니다. 그는 그가 가지고 있던 낡은 컴퓨터의 낮은 하드디스크 용량때문에 지워버렸다고 답합니다. (벨 연구소에 있는 최첨단 컴퓨터는 왜 사용하지 않았을까?) 그는 또 다시 시험해볼 수 있는 샘플도 가지고 있지 않았습니다. 실험도중이나 이사하면서 파손되었답니다. (어디서 많이 들은 듯 하죠?) 더구나 콘스탄츠에 있던 기계도 더 이상 샘플을 생산하지 않았습니다. 하지만 위원회는 다른 보든 자료를 긁어 모았습니다. 컴퓨터에 남아 있던 논문의 초고 파일, 그림 파일, 프리젠테이션 파일등 면밀히 검토하였습니다. 그리고 논문 조작의 결정적 증거들을 찾아 냅니다. 쇤만 똑똑한 게 아니거든요.

피지컬 리뷰 레터스 (PRL) 에서 온 이메일

2009-07-02T23:39:00.000+09:00

요즘 학술잡지를 보면 과거에 비해 그 종류가 아주 많아졌습니다. 논문의 수도 증가하고 따라서 저널도 더 두꺼워젔습니다. 그리고 이는 인용회수의 인플레이션도 가지고 왔습니다. 그 많은 저널들은 그 급에 따라 분류가 됩니다. 물리학쪽에서는 미국적 시각으로 보면 주간 학술지인 피지컬 리뷰 레터스가 가장 권위있는 저널이라고 할 수 있습니다. 물론 이는 상당히 미국적인 시각입니다. 하지만 다른 저널에 비해 높은 임팩트 팩터는 무시할 수 없습니다. 물리학, 특히 응집물질쪽에서 쏟아져 나오는 논문들로 인해 피지컬 리뷰 레터스의 두께가 과거에 비해 굉장히 두꺼워졌습니다. 원래 피지컬 리부 레터스는 한 눈문의 길이가 4쪽으로 제한되어 있습니다. (저자의 수가 100명이 넘는 대규모 실험 그룹의 경우는 제목과 저자가 나온 부분이 한 페이지를 쉽게 넘어가기 때문에 6쪽까지 예외적으로 허용합니다.) 따라서 과거에는 두께가 얇다는 느낌이 들었는데 요즘에는 옆면에 잡지 이름을 넣을 정도로 두꺼워졌습니다. 현재 1주일에 약 80편 가량의 논문이 피지컬 리뷰 레터스에 실립니다. 며칠 전 피지컬 리뷰 레터스에서는 편집자 주를 통해 심사를 더 강화해서 편수를 줄일 수 있도록 하겠다고 발표했습니다. 이러면 임팩트 팩터가 더 높아질 지도 모르겠네요.

--- 피지컬 리뷰 레터스에서 온 이메일 ---

We at Physical Review Letters always look for ways to do better at our core mission, which
is to provide the physics community with accounts of crucial research in a convenient
format. PRL at present publishes about 80 Letters per week, and we Editors, and many
readers of PRL, have concluded that these cannot all discuss crucial research, and that
it is too large a number to be convenient. This view is also held by our editorial board
and by others, as we know from a wide range of exchanges with our colleagues.

As a result we will reaffirm the standards for acceptance for PRL. The criteria will not
change fundamentally, but we will work to apply them with increased rigor. To meet the
PRL criteria of importance and broad interest, a Letter must

1) substantially advance a particular field; or

2) open a significant new area of research; or

3) solve a critical outstanding problem, or make a significant step toward solving such
a problem; or

4) be of great general interest, based, for example, on scientific aesthetics.

We are confident that this initiative will lead to a journal that is better able to
attract the best papers, because it will provide a more exclusive platform for those
papers, and thus impart a higher profile to the most significant results. We also
anticipate that a renewed focus on the characteristics that underlie importance and
broad interest, as listed above, will lead to a more accurate selection process. As
we reinvigorate the PRL criteria, we will also make every effort to make decisions
promptly. This will enable results to reach the community in a timely fashion,
whether in PRL or in a more suitable venue.

For this effort to be successful, authors must submit only results that meet at least
one of the above criteria. Referees must judge breadth of interest based on impact both
in the specific field and across field boundaries, and must support favorable
recommendations with substantive reasons to publish. Editors will be more discriminating
in both their own evaluation of manuscripts and their interpretation of referee reports.
In support of these efforts we will revise our statement of Policies and Practices and
our Referee Response Form.

We will carefully monitor the impact that application of reaffirmed standards has on
the physics community. The process will necessarily be gradual, as authors, referees,
Editors, and Divisional Associate Editors become familiar with more rigorous application
of PRL requirements. This will also allow time to correct for any unexpected deleterious
effects. Although we do not plan a specific numerical target, we do wish to make a
significant change in the number of papers we publish.

We note that there are many papers that are valid and important in their area, but
are not at the level of importance or broad interest that is necessary for PRL.
There are also papers of great importance for their field and/or of broad interest
that simply cannot be presented in a letter format. The Physical Review journals
have high standards and unmatched reputations and are natural venues for such
papers.

We know that these changes will lead to some disappointments. We are convinced, however,
that a more selective PRL will communicate the best physics more efficiently.

Sincerely,

The Editors

Please see our Editorial: Improving PRL

http://prl.aps.org/edannounce/PhysRevLett.103.010001

쇤 사건 1

2009-06-30T22:39:00.000+09:00

잠깐 한눈을 파는 사이 mahabanya님께서 숙제를 주셨군요. 조금 생각해야 할것 같습니다.

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얀 헨드릭 쇤 (Jan Hendrik Schoen) 사건은 아주 유명한 사건으로 과학에서 부정행위를 논할 때 항상 등장하는 사건으로 여러 책에서 그 사건의 시작과 진행 그리고 결말을 다루고 있습니다. 이 포스트에서는 이 사건을 다시 정리해 보고자 합니다. 쇤은 부정행위가 밝혀지기 전까지 언젠가는 노벨상을 수상할 강력한 후보였으나 부정행위가 탄로나면서 모든게 거품이되어 사라져버렸습니다.

쇤은 1970년 독일에서 출생하여 응집물질과 나노기술을 연구한 물리학자 입니다. 그는 1997년 독일의 콘스탄츠 대학에서 박사학위를 받고 곧바로 미국의 유명한 벨 연구소 (Bell Labs)으로 들어갑니다. 그 후 그는 엄청난 논문을 엄청난 속도로 쏟아냅니다. 그로 인해 2001년 오토-클룽-베버뱅크 상과 브라운쉬바이크 상을 수상하고 2002년에는 재료과학회의 뛰어난 젊은 과학자상을 받았습니다. 그의 연구가 어느 정도였냐면 가장 논문을 많이 쓴 2001년에는 평균 8일에 한편꼴로 논문을 썼습니다. (그 해에 약 45편의 논문을 쓴 셈입니다. 훗날 사이언스가 철회한 쇤의 논문은 8편, 네이쳐가 취소한 논문은 7편입니다.) 특히 네이쳐에 기고한 논문은 분자 규모에서 트랜지스터를 만드는 게 가능하다는 것을 보였습니다. 이는 학계는 물론 산업계에 큰 반향을 불러 일으킵니다. 실리콘을 이용한 반도체 기술이 더 이상 크기를 축소하기 어려운 경지까지 도달하여 이른바 무어의 법칙이 깨지게 되었는데 분자를 이용한 기술이 가능하면 무어의 법칙은 다시 살아나고 지금보다 훨씬 작은 전자기기가 가능해지기 때문입니다. 따라서 이 논문은 실리콘의 시대를 끝내고 분자단위의 트랜지스터 시대의 문을 열어 완전히 새로운 세계로 가는 문을 여는 것입니다. 계속 승승장구한 그는 마이다스의 손으로 불렸습니다. 그가 손대는 실험은 항상 성공적이었으니까요. 하지만 이 논문을 시작으로 정점에 올라있던 그의 이력에 먹구름이 닥쳐옵니다. 항상 그렇듯 작은 곳에서부터 문제가 터져 나옵니다.

쇤의 논문은 아주 중요한 결과를 가져오기 때문에 많은 학자들이 같은 실험 결과를 재연하여 그 논문을 검증하기 위해 노력했습니다. 이런 중요한 실험은 처음이 아닌 두 번째 성공 사례라해도 좋은 저널에 실릴 충분한 가치가 있습니다. 그 결과를 가른 그룹이 다시 한번 확인하는 것은 그 발견을 확실히 해주기 때문입니다. 따라서 누가 빨리 똑같은 결과를 재연하는가기 위한 경쟁이 시작됩니다. 하지만 쇤의 실험과 같은 조건을 주고 같은 샘플로 실험을 했지만 쇤의 결과를 재연하는 데는 모든 그룹이 실패했습니다. 그렇다고해서 누구도 쇤의 논문이 가짜라거나 부정하다고 이의를 제기할수는 없습니다. 실험에는 많은 노하우가 필요하기 때문이죠. 그리고 쇤의 실험은 이미 논문으로 출판이 되었기 때문에 그 결과를 다시 만들어 내는데 실패한것은 우선 후속 연구자가 해결할 문제인거죠. 쇤은 자신의 논문과 실험을 방어할 의무는 있지만 후속 연구자의 문제나 실수를 찾아내거나 노하우를 가르쳐 줄 의무는 없습니다.

쇤 사건은 쇤의 논문에 실린 한 그래프에서 시작됩니다. 쇤이 논문을 발표한 후 벨 연구소내부에서는 쇤이 쓴 논문중 사이언스에 실린 논문의 그림과 네이쳐에 실린 논문의 그림이 아주 비슷하다는 소문이 나돕니다. (아래 그림) 두 그림을 비교하면 쉽게 알 수 있습니다. 하지만 보통 논문을 읽을때 중요한 점만을 보기 때문에 그런 꼬리 부분은 눈여겨 보지않으면 알기 힘듭니다.

<왼쪽 그림의 출처는 J. H. Schoen, H. Meng, and Z. Bao, Nature 413, 713 (2001),

오른쪽 그림의 출처는 J. H. Schoen, H. Meng, and Z. Bao, Science 294, 2138 (2001).>

두 그림이 아주 비슷합니다. 특히 꼬리 부분 (x 축의 오른쪽 끝 부분)을 확대하면 아래와 같습니다. 두 그림의 유사성이 두드러지게 보입니다.

이는 쇤의 실험을 재연하기위해 노력하던 프린스턴대학의 리디아 손에게 알려졌고 저널의 에디터에게도 전달됩니다. 에디터는 이를 논문의 주저자인 쇤에게 통보합니다. 두 논문의 주저자인 쇤은 곧 데이터가 섞여서 그래프가 잘못 나왔다고 잘못을 시인하고 교정된 그래프를 보내 사이언스지에 에러텀를 냅니다. 물론 그 논문의 주 내용과 결론은 바뀌지 않았습니다.

<사이언스 296, 1400 (2002)에 실린 사이언스 294, 2138 (2001)의 수정된 그림 (오른쪽)>

이제 두 그림은 완전히 달라졌습니다. 논문을 쓸 때 이런 커다란 실수를 하면 안되죠. 하지만 사실 논문을 많이 쓰다 보면 주의력이 떨어져 그런 실수를 할 수도 있습니다. 아무리 네이쳐나 사이언스같은 저널에 내는 논문이라도 말이죠. 더구나 쇤은 두 저널에 아주 많은 논문을 실었으니까 실수도 가능할겁니다. 실수로 그림이 잘못 올라간 경우에는 이렇게 에라텀을 냅니다. 그리고 이로 인해 비난을 받지는 않습니다. (물론 그 실수가 고의가 아닐 때 그렇습니다.) 그렇지만 (선의의 실수로 인한) 에러타가 자꾸 나오게되면 학자로서의 신용도가 떨어지므로 실수하지 않도록 조심해야합니다. 이렇게 마무리가 될 것같았는데 또 하나의 사건이 터집니다.

유럽 핵물리학의 장기 연구 계획

2009-06-24T22:34:00.000+09:00

이번에는 유럽 핵물리학계의 장기 연구 계획을 소개합니다. 이 보고서는 2004년 발간된 것으로 미국의 보고서보다는 약 4년 먼저 나온 것입니다. 유럽은 미국과 함께 과학 분야를 선도하는데 미국과의 차이는 한 국가가 아니라 여러 나라가 연합하여 계획을 작성합니다. 이 보고서 또한 핵물리학 유럽 공동 연구 위원회 (NuPECC, Nuclear Physics European Collaboration Committee)의 이름으로 발간되었습니다. 유럽과 미국의 보고서는 비슷한 구도로 되어있고 다루는 내용도 비슷합니다. 페이지수도 183쪽과 184쪽으로 한 페이지밖에 차이나지 않습니다. 미국의 보고서는 장기 연구를 크게 네 가지로 잡은 반면 유럽은 다섯 가지를 잡았습니다. 내용은 비슷한데 유럽의 보고서는 (1) 양자색역학(QCD), (2) 핵물질의 상 (phase), (3) 핵의 구조, (4) 우주에서의 핵물리, (5) 근본 힘과 응용, 이 다섯 가지를 주요 분야로 택했습니다. 그 동안 이루어진 연구 성과로는 당연히 유럽에서 수행된 실험과 이론 연구를 위주로 소개합니다. 그리고 유럽각국의 연구소와 주연구과제를 설명하고 결론으로 몇 가지 제안을 합니다. 유럽의 연구소들은 다음에 소개하고 먼저 이 보고서의 몇 부분만을 간추렸습니다.

(일반적인 추천사항)

NuPECC는 현존하는 경쟁력이 있는 렙톤, 양성자, 안정된 동위원소, 방사성 이온 빔의 장치를 이용한 연구를 완전히 개발하기를 추천한다.

이는 중요한 물리적 발견 외에도 장래의 빔 생성과 검출기를 위한 R&D가 될 것이며 차세대 물리학자들을 위한 교육이 될 것이다.

LHC의 완공에 맞추어 ALICE 검출기를 제 떼에 빨리 완성하기를 추천한다.

LHC의 중이온 프로그램에서 쿼크-글루온 플라즈마의 연구는 ALICE에 의해 실행된다. 이는 저번 장기 계획에서 최우선 순위로 추천한 항목이다.

현존하거나 혹은 장래의 실험으로 부터 제기될 근본 문제를 다룰 이론 분야의 발전을 위해 각국의 이론 그룹을 강화시켜야한다.

이탈리아 트렌토에 위치한 ECT* 센터가 핵물리 이론의 발전에 지대한 공헌을 해왔다. 특히 핵물리와 강입자 물리의 결합에 큰 공헌을 하였고 이 센터에 대한 지원은 계속되고 확대되어야한다. 하지만 지난 10년간 각 대학교에서는 이론 분야의 지원이 충분하지 않았다. 이 장기계획에서 제시하는 목적 달성을 위해서는 활발하고 즉각적인 지원이 필요하다.

일반 대중을 상대로 한 핵물리 교양교육을 강화해야한다.

(이것에 대해서는 다 이상 설명할 필요가 없을 듯합니다.)

(세부적인 추천사항)

독일 담쉬타트의 GSI 연구소에 지어질 국제 프로젝트인 FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research)의 건설을 최우선으로 할 것을 추천한다.

이 새로운 국제 공동 장치는 핵물리의 여러 세부 분야의 연구에 새로운 기회를 줄 것이다. IFF (In-Flight Fragmentation)을 사용하는 이 가속기는 미국이나 일본에서 계획중이거나 건설 중인 가속기보다 더 나은 성능을 가지고 있다. 낮은 에너지부터 높은 에너지 그리고 새로운 스토리지 링 등으로 무장한 이 가속기는 핵구조와 천체핵물리에서 세계를 선도하는 연구소가 될 것이다. 특히 안정된 부분에서 멀리 떨어진 오직 짧은 시간에만 존재하는 이상한(exotic) 원자핵을 다루는 연구에서 세계적 선도연구소가 될 것이다. 그리고 고에너지 고강도의 중이온 빔은 농축된 중입자 물질을 연구하는데 새로운 방법을 제시할 것이다. 고에너지 스토리지 링 (HESR, High Energy Storage Ring) 의 양질의 반양성자 빔은 계획 중인 검출기 PANDA와 함께 QCD에 의해 예측된 새로운 강입자 상태를 찾는 기회를 줄 것이다.

EURISOL의 건설에 GSI 다음의 최우선권을 주도록 추천한다.

방사성 빔을 만드는 ISOL (Isotope Separation On-Line) 방식은 IFF 방식을 보완하는 방식이다. 제 1세대 ISOL 방식의 가속기는 첫 번째 결과를 내기 시작했고 그 가능성을 충분히 보여주었다. 차세대 ISOL 방식의 방사능 이온 빔 (RIB, Radioactive Ion Beam)을 생산할 EURISOL (EUropean ISOL)은, 2013년 이후, 현존의 가속기보다 강도나 빔 종류에 있어 10배 이상의 능력을 갖는다. EURISOL의 건설 시간표로 인해 생기는 제1세대 ISOL과 EURISOL의 갭을 메꾸기위해 제2세대 ISOL 의 건설을 촉구한다. 이는 현재 계획중이거나 건설 중인 가속기로 프랑스 GANIL의 SPIRAL2, 이태리 LNL의 SPES, 스위스 CERN의 REX-ISOLDE 업그레이드와 독일 뮌헨의 MAFF등이다.

이태리 그란 사소 (Gran Sasso)의 지하 실험실에 고효율의 Ge 검출기를 갖춘 고 전류의 가벼운 이온 빔을 위한 5MV 가속기 설치에 우선권을 주도록 추천한다.

이는 현재 그란 사소에 있는 세계적으로 드문 시설의 늠력을 향상시키고 천체물리에서 중요한 반응을 실험실에서 연구할 기회를 제공한다.

수 GeV의 렙톤 충돌 실험은 아주 흥미롭고 중요하다. 이는 강입자의 구조와 QCD를 다양하게 테스트할 수 있게한다. 따라서 이 분야의 연구를 전 세계의 기존 또는 계획 중인 가속기를 이용해 국제 협력을 통해 강화해야한다.

AGATA의 건설과 이를 위한 R&D를 활발히 할 것을 촉구한다.

기존의 그리고 미래의 가속기를 환전하고 효과적으로 이용하기 위해서는 장비와 검출기의 성능 향상이 반드시 필요하다. 감마선 검출과 추적을 위한 고성능의 Ge-검출기인 AGATA 프로젝트는 유럽의 여러 연구소에서 진행 중인 핵과학의 여러 분야의 연구에 큰 도움이 될 것이다.

<NuPECC에 참여하고 있는 유럽의 국가들, 이미지 출처: www.nupecc.org>

논문을 레프리하면서...

2009-06-23T23:52:00.000+09:00

논문을 레프리하는 것은 쉬운 일이 아니다. 처음 레프리 요청을 받았을 때는 괜히 우쭐해지곤 했는데, 모든 일이 그러하듯, 레프리도 자주 하다 보면 좀 시들해지거나 귀찮아진다. 논문의 레프리를 선정할 때 그 분야의 전문가를 고르지만 아무래도 내가 직접 했던 일이 아니면 참고문헌도 뒤져보고 공부를 좀 해야 한다. 물론 이는 레프리 자신에게도 도움이 되고 레프리를 하면서 새로운 아이디어를 얻기도 한다. 과거에는 레프리가 제출된 논문을 가로채기도 했다는 전설도 있지만 요즘에는 논문을 무조건 arXiv.org에 먼저 올리기 때문에 originality를 훔치는 건 불가능하다. 참고 문헌을 뒤지는 또 다른 이유는 표절이다. 물론 표절된 논문을 참고문헌으로 적지는 않겠지만 참고문헌의 참고문헌을 찾으면 표절여부를 알 수 있다. 레프리하면서 또 점검하는 것은 저자(들)의 과거 논문이다. 이는 자기 표절을 찾기 위해서다. 그리고 논문의 질을 평가할 수도 있다. 예를 들어 새로운 방법으로 계산을 해서 논문을 쓰고 유사한 계산을 다른 대상에 적용하여 논문을 쓰는 경우 그 결과가 중요하다면 출판 가치가 있지만 그렇지 않으면 단지 논문 수를 늘리기 위한 일이 된다. 이 경우 저널의 급을 생각해 출판을 추천하기도하고 리젝트하기도 한다. 며칠 전 유럽의 한 저널에 투고된 논문을 레프리 하였다. 논문의 저자는 혼자였고 (이름을 A라 하겠다.) 논문의 주제는 일견 괜찮아 보였으나 어딘지 엉성하였다. SLAC 데이터베이스를 뒤져보니 역시나 논문 편수가 2-3개 밖에 안 되는 초보였다. 논문을 자세히 읽어본 후 이런 문제점을 발견했다.

<논문심사를 잘하면 이런 상도 받는다고 합니다. 이미지출처 : physics.fau.edu>

(1) 서론이 너무 엉성했다. 서론에는 이 일이 갖는 중요성, 다른 사람이 했던 일, 앞으로 본문에서 다룰 내용의 간단한 소개 등이 들어가야 한다. 페이지 수에 제한을 받지 않는 정규 논문의 경우 서론은 가능하면 자세히 쓰는 것도 좋다. 이 분야에서 중요한 문제와 현재까지 어떤 방법으로 사람들이 이 문제를 접근했는가 그리고 가능하면 각 방법의 중요한 포인트와 결론을 소개하는 것이 필요하다. 물론 레터 형식의 논문은 이 내용을 줄이고 짧게 요약할 수 있으나 본질은 같다. 잘 쓰인 서론은 독자들에게 새로운 아이디어를 제공하기도 한다. 그리고 인용되기도 쉽다. 하지만 A의 논문은 서론이 아주 짧았지만 양보다도 질이 너무 부실했다. 예를 들어, 이전의 일을 설명하지 않고 단지 "이 문제는 많은 관심을 끌었다.[1-10]" 이런 식이었다. 물론 이는 개인의 성향일 수도 있지만 이런 식의 서론은 적절치 않다.

(2) 본문에서 필요 없는 수식을 나열하였고 수식을 대부분 이전에 자신이 출판한 논문에서 가지고 왔다. 예를 들면 a,b,c라는 변수의 값을 정하기 위해 식 20여개를 사용했다. (따라서 를 최소화하는 방법으로 변수를 결정한다.) 하지만 논문에는 30여개의 수식이 나열되었다. 이는 이전의 논문에서 가져온 것이다. (물론 각 식이 완전히 같지는 않고 조금씩 다르다.) 변수 결정에 쓰이지 않은 수식을 나열한 것은 저자가 자신의 논문에 주의를 충분히 기울이지 않았다는 뜻이다. 사족을 달면 연속되는 많은 수식을 본문에 쓰는 것은 논문의 논점을 흐리게 하기 쉽다. 차라리 그런 복잡한 수식은 본문의 토의에서 꼭 필요하지 않으면 논문 뒤의 아펜딕스로 옮기는 게 더 보기 좋다.

(3) 결론이 명확하지 않았다. 이 논문의 계산 결과를 표와 그림으로 주었으나 이 결과물들이 주는 결론이 무엇인지 명확하지 않다. A는 같은 계산을 다른 모형을 써서 계산하여 이전에 출판하였다. 지금의 논문 결과는 이전과 좀 다르다. 다른 모형을 썼으니 당연하다. 하지만, 어떤 무엇이 두 모형의 결과를 다르게 하는지 어느 결론이 더 신뢰가 있다고 생각하는지 등을 전혀 토의하지 않았다. 논문은 레포트가 아니다.

이런 문제점은 논문을 쓴 후 다른 경험이 많은 사람에게 리뷰를 부탁하면 쉽게 지적해 줄 수 있는 것들이다. 논문은 다른 사람에게 읽혀지는 게 목적이기 때문에 출판전에 가까운 사람에게 보이고 평가를 부탁하는 것은 좋은 일이다. A의 논문에서는 그 외에도 전문적으로 세세한 분야에서 오류가 보였다. 미안하지만 에디터에게 보내는 A의 논문에 대한 내 추천은 '리젝트'일 수밖에.

핵물리학의 연구 방향 (제안)

2009-06-19T05:36:00.000+09:00

앞에서 미국 핵물리 자문위원회 (NSAC)의 장기 연구 계획을 간단히 소개했습니다. 그 보고서는 지금까지의 주요 연구과제의 발전과정과 업적 그리고 앞으로의 주 연구 방향을 제시하며 이를 위한 4가지 주요 제안으로 마무리 됩니다. 향후 10년의 연구 목표를 달성하기 위해 자문위원회에서 결정한 제안은 다음과 같습니다.

제퍼슨 연구소의 12 GeV 업그레이드를 지원해야한다.

이는 (1) 핵자의 구조, (2) 원자핵을 설명하는데 있어 강입자를 이용하는 것과 쿼크-글루온을 이용하는 것 사이의 관계, (3) 속박(confinement)의 본질을 이해하는데 새로운 이해를 하는데 도움이 될 것이다. 현대 핵물리학의 중요과제는 핵자와 핵의 구조와 상호작용을 양자색역학 (QCD)로 이해하는 것이다. 제퍼슨 연구소(JLAB)의 CEBAF (Continuous Electron Beam Accelerator Facility)는 이 연구에서 미국이 리더가 되는데 크게 기여했다. JLAB 가속기의 에너지를 두 배로 늘리는 것은 핵자의 3차원 이미지를 가능케 하여 그 내부에 숨겨진 동역학을 이해하는데 기여할 것이다. 이는 또 원자핵을 기술하는 데 있어서의 두 가지 방법, 즉 강입자를 이용하는 것과 쿼크-글루온을 이용하는 두 방법이 서로 어떻게 자연스럽게 연결되는가를 이해하게 해 줄 것이고 이상한 강입자 (exotic hadron)의 존재 유무를 확인시켜줄 것이다. 패리티 깨짐 (parity violation)을 이용해서, 이는 또 "표준모형을 넘어서는 물리학"을 낮은 에너지에서 연구하여 고에너지 스케일의 연구와 함께 이 분야에 기여할 것이다.

<JLAB의 12 GeV 업그레이드 계획, 출처: www.jlab.org>

희귀 동위원소 빔 시설 (FRIB, Facility for Rare Isotope Beams)을 건설해야한다.

이 시설은 핵 구조와 반응 그리고 천체물리연구에 대한 세계적 선도 연구 기관이 될 것이다. FRIB에서 만들어지는 새로운 동위원소는 원자핵을 완전히 이해하는 데 도움이 될 것이며 우주에서 원소의 생성과정을 밝히고 중성자 별 외곽에서의 물질을 이해하고 핵과학의 응용에 큰 도움이 될 것이다. 지금 우리는 원자핵에 관한 완전한 이해와 통일된 기술 방법을 찾기 위한 로드맵을 가지고 있다. 오직 FRIB만이 제공할 수 있는 이상한 동위원소 (exotic isotope)에 대한 새로운 데이터가 원자핵을 뭉치게 하는 힘의 근원을 이해하는 데 필수적이다. 이는 물리이론의 유효성을 체크하고 핵의 구조와 반응을 함께 이해하는 길을 열어줄 것이다. 천체물리와 천문학에서의 발전은 희귀 동위원소에 대한 새롭고 정확한 정보가 필요한데 이는 핵의 안정성의 극한에 이르는 동위원소를 포함하고 있고 이에 관한 정보는 FRIB에서 최초로 제공할 수 있다. 이를 이용해서 우주의 화학적 역사와 별의 폭발에서 만들어지는 원소의 생성과정을 이해할 수 있다. 희귀 동위원소는 자연의 근본적인 대칭성을 테스트하는 데에도 필요하고 기초 과학, 국가 안보, 응용분야를 비롯한 여러 학문 분야를 통합하여 효과를 극대화하는데 필수적이다. 이 분야의 연구를 새로운 시대로 이끌기 위해서는 FRIB를 즉각 건설하는 게 필요하다. 이는 현재의 연구 장치인 NSCL, HRIBF, ATLAS와 함께 획기적인 연구를 수행할 것이다.

<미시건 대학교에 새워질 FRIB, 출처: www.msu.edu>

뉴트리노의 성질과 근본적인 대칭성을 연구할 실험 계획을 꾸준히 진행해야한다.

이 실험들은 뉴트리노의 성질과 아직은 발견하지 못한 시간 대칭성 (time-reversal symmetry)의 깨짐 그리고 기본 힘에 관한 새로운 표준 모형의 주요 종자가 되는 것들을 발견하는데 그 목적이 있다. DUSEL (Deep Underground Science and Engineering Laboratory)의 건설은 이 분야에서 미국이 주도권을 쥐는데 필수적이다. 태양, 실험실, 그리고 대기 중의 뉴트리노 실험에서 발견된 뉴트리노 진동은 우주에서 물질이 반물질보다 많다는 것과 함께 기본 힘에 관한 새로운 표준 모형의 필요성을 불러일으킨다. 핵물리는 뉴트리노를 동반하지 않는 이중 베타 붕괴와 전기 쌍극자 (electric dipole moment), 뉴트리노의 성질과 상호작용 결정 그리고 전기약력 현상에 대한 정밀한 데이터를 제공하여 새로운 표준모형의 대칭성을 발견하는데 이바지할 수 있다. DUSEL은 이런 발견을 주목적으로 하는 연구 프로그램에서 백그라운드 측정을 할 수 있는 능력을 제공할 것이다. 또한 현존하는 그리고 계획 중인 핵물리학 시설에서 새로운 기능을 개발하게 할 것이다. 새로운 표준모형의 개발은 새로운 실험 결과와 함께 더욱 발전된 이론을 필요로 한다.

<DUSEL의 조감도, 출처: www.lbl.gov>

상대론적 중이온 충돌기 (RHIC, Relativistic Heavy Ion Collider) 에서 RHIC II 업그레이드를 지원해야한다.

RHIC에서의 실험은 극고온과 밀도에서 새로운 물질의 상태를 발견하였다. 즉, 예상치 못했던 거의 완전 액체 (perfect liquid)의 성질을 보이는 쿼크-글루온 플라즈마를 발견하였다. 이 물질을 더욱 자세히 연구하기 위해 RHIC II 의 업그레이드 (luminosity upgrade)와 검출기의 성능향상이 필요하다. RHIC의 첫 5년간의 실험에서 개가를 올린 중요한 발견들을 위해 쿼크-글루온 플라즈마의 성질에 대한 광범위하고 정량적인 연구가 뒤따라야 한다. 이를 위해 충돌율을 10배 정도로 늘리고 검출기를 업그레이드하고 이론을 더욱 발전시키는 것이 필수적이다. RHIC II 업그레이드로 큰 에너지를 동반하는 제트, 무거운 쿼크의 희귀한 결합 상태등과 같은 플라즈마를 연구하는 독특한 측정이 가능해 진다. 검출기 업그레이드로 실험으로 커버하는 영역을 크게 늘리고 새로운 형태의 중요한 측정이 가능케 된다. 쿼크-글루온 플라즈마의 정량적인 이해를 위해서는 중이온 충돌의 모형, 분석적인 방법, 대용량의 컴퓨터 계산 등에 대한 새로운 투자가 필요하다.

핵물리학의 연구방향 (서론)

2009-06-16T04:58:00.000+09:00

앞의 포스트 (1, 2, 3) 에서 미국 NSAC의 핵과학 장기연구 계획을 소개했습니다. 다른 분야를 전공하시는 과학 기술자 뿐 아니라 과학에 관심을 갖고 계시는 분들께 현대 핵물리의 주 연구 분야와 과제를 맛보실 수 있는 기회가 되길 바랍니다. 다음은 NSAC 보고서의 서문입니다. 미국 핵과학 사회의 관점을 나타내는 것 같아 여기 실어봅니다.

<서문>

2006 년 7월 17일 에너지성의 Office of Science for Nuclear Physics와 국립과학재단(NSF)의 수학 및 물리 과학 감독관은 핵과학 자문위원회(NSAC)에 미국 핵물리 연구의 동향과 우선분야를 검토하고 차후 10년간 미국 핵과학 연구 프로그램의 원활한 진보를 위한 구조를 제공할 장기 계획을 요청했다. 이 요청으로 핵과학 사회는 상향식의 리뷰와 전망에 대한 작업에 착수했다. 이 분야에서 일하는 학자들의 광범위한 제안에 귀를 기울이며 NSAC 멤버를 포함한 59명은 2007년 5월초 미래 연구 방향을 제시할 가이드라인을 개발하기 시작했다. 새 장기 계획 - 핵물리학의 첨단 - 은 이 모임의 결과다.

지난 10년간 핵과학의 최우선 과제는 1980년대와 1990년대에 국가에 의해 세워진 장치를 활용하는 것이었다. 이 장치들을 이용한 연구로 인하여 우리는 우리가 살고 있는 세계에 대한 이해를 바꿀 수 있는 중요하고 또 새로운 발견을 많이 해왔다. 그러나 앞으로도 새로운 발견을 위해서는 새로운 장치가 필요하고 새로운 투자 없이는 결코 성공이 계속될 수 없다.

지난 10년간의 연구와 경험에 비추어 볼 때, 핵과학에서 지속적인 진보를 유지하고 미래의 새로운 발견을 가능하도록 이끄는 길은 명백하다. 미국 핵과학 사회는 확신하건대 이를 위해서는 이 장기 계획에서 제시하는 새롭고 업그레이드된 장치가 필요하다. 새로운 투자 없이 이 분야에서 미래의 연구는 유럽과 아시아의 과학자들에 의해 주도될 것이다. 일본은 지난 10년간 이미 15억 달러를 새로운 가속기를 건설하고 기존 가속기를 업그레이드 하는 데 사용했다. 마찬가지로 독일과 프랑스가 주도하는 유럽은 새로운 프로젝트에 20억 달러 가까운 자금을 투자 했거나 약속했다. 중국은 새 핵과학 연구 가속기를 지금 건설 중에 있고 인도는 곧 새로운 건설 프로젝트를 시작하기로 약속했다. 핵과학 연구 장치 (가속기)를 새로 만들거나 업그레이드 하기위해 세계적으로 투자되는 금액은 40억 달러에 달한다. 같은 기간 동안 미국에서는 이 분야에서 중요하다고 할 새로운 건설 계획이 전혀 만들어지지 않았다. (주: 5.5억 달러의 미국 FRIB 건설계획이 이 보고서가 나온 후인 2008년 12월에 확정 발표되었습니다. 여기참조)

향 후 10년간 물리 과학 연구의 지원이 두 배가 된다는 약속이 지켜지면 미국은 핵과학에 있어서 최고의 경쟁력을 유지할 자원을 유지할 수 있을 것이다. 새로운 연구비는 가장 필요한 가속기와 검출기 제작에 우선적으로 사용될 것이다. 현존하는 장치의 가동은 현재와 같은 수준으로 계속 유지 돼야 한다. 정규 연구 인력의 수는 거의 비슷하게 유지 될 것이다. 그러나 이 나라에서 미래의 일자리를 위해 대학원 학생 수의 증가가 필요하다. 대학과 국립 연구소의 은퇴 연구원을 대신하고 산업, 의학, 국립 연구소의 새 일자리를 채우기 위해서는 현재보다 박사학위 생산이 20% 정도 더 늘어나야 된다고 전망된다. 더구나 업그레이되거나 새로 만들어질 가속기와 검출기에 대한 투자는 에너지, 의학, 방위 산업, 재료 공학 연구를 포함하는 많은 분야에 응용될 것이 확실하다.

여기 제출하는 새로운 계획. 핵과학의 첨단 (The Frontiers of Nuclear Science)은 미국이 장래에도 핵과학 연구의 선도자가 되는 길을 보증할 방도를 제시한다.

핵물리학의 연구 방향 3

2009-06-15T02:50:00.000+09:00

앞에서 포스트했던 2008년 NSAC의 핵과학 장기 연구 계획서의 다음 부분인 최근 6년간 이루어진 연구 중 NSAC가 중요한 연구라고 평가한 8개의 연구 요약에서 나머지 4개를 소개합니다. (다른 4개는 여기)

안정성의 한계연구 (Probing the Limits of Stability)

안정되있는 핵에, 그것이 감당하지 못할 때까지, 얼마나 많은 중성자를 더 더할 수 있을까? 이 질문에 대한 답은 실험이 커버하지 못하는 영역에 대한 이론적 예측에 결정적인 정보를 가져다준다. 또한 미래 에너지 기술에 관계되는 핵분열의 이론이 반드시 만족시켜야하는 강제조건을 제공한다. 현재 이 질문에 대한 답은 아주 가벼운 원소의 경우에 대해서만 알려져 있다. 이 질문을 거꾸로 할 수도 있다. 즉, "얼마나 적은 수의 중성자가 원자핵을 비활성으로 유지할 수 있는가"로 질문을 바꿀 수 있다. 중성자가 더 많이 포함된 동위 원소를 측정하면 강한 상호작용에 대한 새로운 이해가 가능해진다. 궁극적으로 중성자 드립 라인 (neutron drip line)으로 불리는 이 극한이 어디에 위치하는가를 결정하는 것은 강한 상호작용의 역할이기 때문이다. NSCL (National Superconducting Cyclotron Laboratory)에서 최근 수행된 알루미늄과 마그네슘의 동위원소 중 중성자를 많이 포함하는 동위원소에 대한 측정은 이 원소들의 드립라인이 기존의 예측보다 훨씬 더 안정성 라인 (line of stability)으로 부터 많이 떨어져 있음을 나타낸다. 드립라인에 대한 연구는 강한 상호작용이 어떻게 포화되는지를 아는 데 중요하다. 이는 또 원소의 생성과정을 이해하는 데 필수적이다. 자연에 존재하는 아주 무거운 원소들은 별의 폭발과정에서 만들어 진다고 생각되는데 이때는 빠른 중성자 포획 (rapid neutron capture)이 일어나고 이 반응은 생성된 원소가 중성자 드립라인에 이르기까지 계속 일어나게 된다. 연속된 중성자 포획과 핵의 베타 붕괴를 통해 자연 상태에서 가장 무거운 우라늄같은 원소가 만들어진다. 이 R-반응 핵합성 (r-process nucleosynthesis) 은 천체물리에서 가장 중요한 반응중 하나로 아직 충분한 데이터가 수집되어있지 않은 상태다.

별에서의 반응률 (Stellar Reaction Rates)

반응의 산란 단면적은 탄소-질소-산소 (CNO) 사이클을 통해 별에서 불타는 수소를 제어한다. 최근 측정된 이 반응의 산란 단면적은 기존에 생각했던 것보다 약 12배 더 작은 것으로 나타났다. 이는 우주의 나이와 연관되는 천체의 나이를 약 10억년 더 연장시켜준다. 한편, 현존하는 안정된 빔과 희귀 동위원소 빔을 이용한 반응률 측정은 신성(nova) 폭발에서 중요한 반응을 이해하는 단서를 제공한다. 이는 뜨거운 CNO 사이클과 네온-소디움 사이클을 모델링하는데 있어서 불확실성을 감소시켜 와 같이 우주에 설치된 감마선 망원경이 신성 폭발의 잔해에서 찾고있는 오랫동안 존재하는 방서성 동위원소의 생성을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 핵이론의 발전으로 핵 반응률과 들뜬 상태의 반감기를 아주 정밀하게 결정할 수 있게 되었다.

<이미지 출처: http://www.supersci.org>

뉴트리노 진동과 질량 (Neutrino Oscillations and Neutrino Mass)

2002년 장기 연구 계획이 빛을 보기 바로전에 SNO 그룹은 태양의 뉴트리노에 대한 전하가 변하는 그리고 전하가 유지되는 두 가지의 뉴트리노 산란에 관한 첫번째 측정을 완성했다. 이 결과로 태양에서 만들어진 전자-뉴트리노가 다른 종류의 뉴트리노로 바뀐다는 것이 확실해졌고 이는 기존의 불충분한 실험 결과를 설명하고 또 태양 에너지 발생에 대한 모델을 확인하였다. 비슷한 진동이 대기중의 뮤온-뉴트리노에서도 발견되었다. 최근의 KamLAND 실험은 핵 반응로에서 생기는 반뉴트리노도 진동을 한다는 것을 보여준다. 뉴트리노가 진동을 한다는 사실은 뉴트리노가 질량을 갖고있다는 말이고 이는 핵물리와 입자물리에 큰 영향을 준다. 이는 우주의 물질과 에너지의 분포구조와 함께 현 표준모형을 넘어서는 물리학의 첫 직접 증거가 된다. 지금은 뉴트리노 질량 행렬이 확립되었고 mixing angle은 어느정도 알려졌다. 핵물리학자들은 지금 뉴트리노 질량의 절대적인 값과 뉴트리노가 자기 자신의 반입자인지를 확인하는 연구를 하고 있다. 이는 우주에 반물질보다 물질이 더 많은 이유를 설명할 열쇠를 쥐고있다고 생각된다.

<뉴트리노 진동 실험, 이미지 출처: http://neutrino.kek.jp

전기약력에 대한 연구 (Precision Electroweak Studies)

렙톤과 원자핵의 전기약력을 정밀하게 측정하여 현 표준모형의 근본 대칭성의 자취를 밝힐 수 있다. E821 그룹은 최근 브뤀하븐에서 뮤온의 변칙자기모멘트 (anomalous magnetic moment)를 세계에서 가장 정밀하게 측정하였다. 결과는 현 표준모형이 제시하는 값과 차이를 보였다. SLAC의 E158 그룹은 전자-전자 충돌에서 패리티 비보존을 처음으로 측정하였다. 이는 표준모형에서 가장 중요한 변수중 하나인 약력 mixing angle의 에너지 의존도에 대한 가장 엄격한 테스트를 제공한다. 중성자와 핵의 베타붕괴에 대한 더 세밀하고 정확한 측정과 함께 이 정밀한 실험들은 이론분야의 발전에 지대한 공헌을 하였다. 핵이론물리학자들은 표준모형의 예측을 보다 더 자세히 할 수 있었고 초대칭이나 새로운 포준모형에대한 다른 후보 모형에 대해 광범위하고 새로운 계산을 완성중이다.

비정규직 30년의 노벨상 수상자, 괴퍼트-메이어

2009-06-12T22:41:00.000+09:00

마리아 괴퍼트-메이어(Maria Goeppert-Mayer)는 1906년 독일의 카토비츠 (현재는 폴란드 영토)에서 태어난 여성 물리학자로 뀌리 부인에 이어 여자로서는 두 번째로 1963년 노벨 물리학상을 수상한 학자입니다. 당시 공동 수상자는 비그너(Eugine P. Wigner)와 엔센(J.H.D. Jensen)입니다. 그녀는 원자핵에 대한 nuclear shell model을 제안하여 원자핵의 구조 연구에 지대한 공헌을 하였습니다. 박사학위는 1931년 독일의 괴팅엔 대학교에서 받았지만 정규 교수직을 받은 것은 그로부터 약 30년 뒤인 1960년 캘리포니아 샌디에고 주립대학 (UC San Diego)에서 입니다. 이 때 나이는 53세 이었습니다. 정규 교수직을 받은 3년 후 노벨상을 받았고 1972년 세상을 떠났습니다.

마리아의 (우연히도 뀌리부인의 이름과 같습니다) 집안은 대대로 학자인 집안으로 아버지 프리드리히 괴퍼트는 소아과의사였습니다. 나중에 마리아가 교수가 됨으로써 아버지 혈족을 따지면 마리아는 7대째 교수가 됩니다. 1910년 아버지가 괴팅겐 대학교의 교수가 되어 가족이 모두 괴팅엔으로 이사하였습니다. 잘 알려진 대로 괴팅겐은 그 당시 가장 뛰어난 과학자들이 많이 있었던 곳입니다. 엔리코 페르미, 볼프강 파울리, 폴 디락, 베르너 하이젠베르그등이 그곳에서 공부하고 있었습니다. 당시만 해도 여자가 대학에 가는 것은 독일에서도 아주 드물었다고 합니다. 그 동네에서 여학생에게 아비투어를 준비시키는 사립학교가 딱 하나 있었는데 당시의 경제난으로 인해 문을 닫았습니다. 하지만 다행히 그 학교의 교사들은 학교가 문을 닫았음에도 계속 학생들을 지도했고 1924년 하노버에서 아비투어를 치룰 수 있었습니다. 1924년 마리아는 드디어 괴팅겐 대학교에 등록을 할 수 있었습니다. 처음에는 수학자가 되길 원했지만 당시 등장한 양자역학에 빠져 물리학을 공부하게 되었습니다. 그 당시 그녀를 가르쳤던 교수 중에는 막스 보른, 아돌프 빈다우스, 제임스 프랑크 등 세 명의 노벨상 수상자가 있었습니다. 영국의 케임브리지에서 보낸 한 학기를 제외하고 마리아는 괴팅엔에서 공부를 계속하여 1930년 막스 보른을 주 지도교수로 하여 박사학위를 받습니다. 24살 때의 일입니다.

졸업하기 전 미국의 록펠러 재단의 후원으로 제임스 프랑크와 일하던 미국인 조세프 에드워드 메이어를 만나고 1930년 결혼합니다. 그리고 곧 남편이 볼티모어에 있는 존스 홉킨스 대학의 교수가 되면서 남편을 따라 미국으로 이주합니다. 이때부터 기나긴 비정규직의 길을 걷습니다. 마리아의 남편은 1931년부터 1939년까지 존스홉킨스 대학교, 1940년부터 1946년까지는 콜롬비아 대학교, 그리고 그 이후에는 시카고 대학에서 교수로 근무하였습니다. 그동안 마리아는 남편을 따라 다녔지만 정식 교수로는 채용이 되지 못했습니다. 사라 로렌스 대학, 콜롬비아 대학, 로스 알라모스 국립 연구소에서 연구원을 했고 시카고 대학에서는 계약교수, 그 후 아르곤 국립연구소에서는 파트타임 시니어 연구원으로 근무했습니다. 노벨상을 받은 연구를 한 곳은 시카고와 아르곤에서였습니다. 1960년 마리아는 드디어 캘리포니아 라 졸라 주립대학 (현 샌디에고 주립대학)에 남편과 함께 정식 교수로 부임하였습니다. 그녀가 오랫동안 정식 교수가 되지 못한 이유로 두 가지를 이야기 하는데 하나는 성차별이고 다른 하나는 부부가 같은 과에서 근무하는 것을 꺼리는 연고자 임용에 반대하는 분위기였다고 하는데 두 번째 이유는 핑계에 불과하고 솔직히는 성차별 때문이었다고 하는 것이 더 정확하다고 할 수 있습니다. (비슷한 예로 수학에서는 힐버트(Hilbert)의 강력한 추천에도 불구하고 정식 교수가 되는데 어려움을 겪었던, 그래서 4년간 힐버트의 이름으로 강의했던, 천재 여성 수학자이자 이론물리학자인 뇌더 (Noether) 가 있습니다.)

마리아는 1972년 세상을 떠났고 미국 물리학회는 매년 뛰어난 젊은 여성 물리학자에게 그녀의 이름을 딴 마리아 괴퍼트-메이어 상을 수여합니다. 또한 시카고 대학에서도 매년 뛰어난 여성 과학자나 공학자에게 상을 주고 있고 샌디에고 대학은 매년 여성과학자들을 초청해 과학에 대한 토의를 하는 마리아 괴퍼트-메이어 심포지엄을 개최합니다.

그녀에게 노벨상을 가져다준 원자핵 모형 외에 마리아는 많은 연구를 했는데 1931년 박사학위 논문은 2 개의 광자 (photon) 흡수 현상에 관한 것으로 이를 확인 하는 첫 실험이 1960년대에 가서야 가능했던 만큼 시대를 훨씬 앞선 연구였고 이를 기념하기 위해 2 개의 광자 산란 단면적의 단위는 GM (Goeppert-Mayer) 단위로 부릅니다.

<비정규직일 때와 정규직일 때의 마리아 괴퍼트-메이어. 출처: http://www.uni-goettingen.de, http://www.dw-world.de>

왜 운동량은 p 로 쓸까?

2009-06-11T06:24:00.000+09:00

아메리컨 저널 오브 피직스 (American Journal of Physics)는 미국의 물리 교육에 관한 저널입니다. 교육방법이외에도 물리학에 등장하는 사건, 개념, 주요 연구 분야등에 대해 알기 쉽게 쓴 논문들도 출판합니다. 그 중에는 평소에 당연하다고 생각하고 그냥 지나친 문제나 토픽도 있습니다. 그 중 하나를 소개합니다.

일반 물리학이나 교양 물리 서적을 읽을 때 가장 먼저 접하는 물리령중의 하나가 운동량입니다. 운동량은 질량과 속도의 곱이며 p로 표시합니다. 따라서 라고 씁니다. 여기서 은 질량, 영어로는 mass이고 는 속도, 즉 velocity입니다. 많은경우 물리량을 표시할 때는 영어 단어의 첫 알파벳을 따서 씁니다. 위의 m과 v의 경우처럼. 물론 표시하고자 하는 물리량들의 첫번째 알파벳이 겹치는 경우에는 다른 알파벳을 씁니다. 그러면 운동량은 왜 p 로 나타낼까요? 운동량은 영어로 모멘텀, momentum 이고 첫번째 알파벳이 질량과 같은 m 입니다. 질량이 더 중요한 양이기 때문에 먼저 m을 질량에게 주고 운동량에게는 다른 문자를 주었을까요? 재미있는 것은 위 식 가 처음 등장한 곳은 뉴턴이 쓴 프링키피아에서라고 합니다. 그러면 뉴턴은 왜 운동량을 p로 썼을까요. o 나 n, t 도 있는데. 혹시 운동량의 p 는 puissance 라는 단어에서 왔을까요? 하지만 puissance 는 '힘'에 가까운 단어인데, 운동량과는 다르죠. 그러면 imPulse의 p에서 왔을까요? 이 질문은 아메리컨 저널 오브 피직스, vol 62 (1994년) 871 페이지의 '질문과 대답'란에 실린 질문입니다.

이에 대한 답은 미 해군 항공 전쟁 센터의 Gillespie 라는 연구원에 의해 같은 저널의 vol 63 (1995년) 의 297 페이지에 실렸습니다. 이 설명이 정말로 맞는 설명인지는 뉴턴이 밝히지 않는 이상 알 수 없습니다. 단지 추측만 할 뿐이죠. 어쨌든 설명은 이렇습니다.

이것의 근원을 알기 위해서는 먼저 momentum이라는 말이 뉴턴 시대에도 쓰였는지 알아야 합니다. 오래된 과학책에서는 mimentum 이라는 말이 쓰였다고 합니다. 그리고 이 단어의 뉴턴 시대의 형태는 pimentum 이었다고 합니다. 즉, momentum의 고어는 pimentum 으로

이 되었고 만약 이게 맞다면 운동량이 p가 되는 것은 아주 당연한 일이 됩니다. 그 당시 운동량은 pimentum 이었으니까요.

당시에는 물론 운동량의 개념은 없었습니다. 따라서 운동량이라는 단어도 없었습니다. 그 개념을 처음 생각한 사람이 뉴턴이었으니까요. 그러면 뉴턴은 왜 운동량을 pimentum 이라 불렀을까요?

pimentum 이라는 말은 pimento 라는 단어를 연상 시킵니다. pimento는 포르투칼어로 체리페퍼라고도 합니다. 또는 우리가 잘 아는 피망을 가르키기도 한다고 합니다. 이 pimento는 올리브 열매로 피클을 만들 때 올리브 열매 내부를 채우는 데 쓰입니다. 물론 뉴턴 시대에도 그랬다고 합니다. 한편 뉴턴은 일반적으로 조용하고 다른 사람과는 잘 어울리지 않는 성격의 소유자로 알려져 있는데 사실은 그렇지 않았다는군요. 한창 때의 뉴턴은 활발한 성격의 소유자로 여러 모임에도 참가하고 밤 늦도록 파티에서 와인을 마시며 물리학의 많은 아이디어를 만들었다고 합니다. (이런 면은 볼프강 파울리와 비슷하네요.) pimentum의 탄생은 어느 날 파티에서 칵테일을 마실 때랍니다. 그 때도 지금과 마찬가지로 칵테일 잔에 녹색 올리브를 꽂아 두었는데 뉴턴과 친구들은 그 걸 가지고 놀다 올리브 속의 pimento가 올리브 구멍으로 부터 잘 빠져나오지 않는다는 걸 보았습니다. pimento는 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 올리브 속에 그대로 머무르려 한다 는 것을 본 것이죠. 물론 이 성질을 질량과 속도의 곱에 연관 시킬 수 있는 사람은 뉴턴 뿐이었고 그는 이 물리량을 pimento에서 이름을 따 pimentum 이라 불렀다고 합니다.

<왼쪽의 그림처럼 올리브속을 채우고 있는 빨간 체리페퍼는 잘 빠져 나오지 않습니다.>

조금은 허탈한 대답인데 비슷한 이야기가 팽귄 다이아그램의 유래에도 있습니다. 펭귄 다이아그램은 파인만 다이아그램의 하나로 현 표준모형의 CP 깨짐에 중요합니다. 이를 제안한 사람은 CERN의 존 엘리스 (John Ellis) 입니다. 사실 다이아그램이 펭귄을 그리 연상시키지는 않는데 펭귄 다이아그램이라 부르는 이유는 엘리스가 다트게임에서 졌기 때문입니다. 다트게임을 하다 졌는데 그 벌칙이 엘리스의 다음 논문에 팽귄이라는 단어를 사용해야한다는 것이었습니다. 엘리스는 그 후 자신이 공부하고 있던 파인만 다이아그램을 찌그려뜨려 새 모양(?)을 만들고 이를 펭귄 다이아그램이라고 불렀습니다.

<펭귄 다이아그램>

핵물리학의 연구 방향 2

2009-06-09T01:24:00.000+09:00

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앞에서 포스트했던 2008년 NSAC의 핵과학 장기 연구 계획서의 다음 부분인 최근 6년간 이루어진 연구중 NSAC가 중요한 연구라고 평가한 8개의 연구 요약입니다. 먼저 4개의 연구를 소개합니다.

준완전 액체 (Near-Perfect Liquid)

최근에 이루어진 가장 놀라운 발견중의 하나가 상대론적 중이온 충돌기 (RHIC, Relativistic Heavy Ion Collider)에서 금(gold)의 원자핵을 가속시켜 충돌시킬때 먼들어지는 뜨거운 물질이 거의 완벽한 완전 액체(perfect liquid)처럼 팽창다는 것이다. 액체의 흐름을 방해하는 저항을 나타내는 양은 점도와 엔트로피 밀도의 비율 () 인데, 상대론적 중이온 충돌시 측정된 이 양은 지금까지 알려진 어느 액체보다도 더 작다는 것이 발견됐다. 사실 이 값은 아주 작아서 최근 끈이론의 방법을 응용해서 얻어지는 최소값의 한계에 가깝고 따라서 이는 RHIC에서 만들어진 쿼크-글루온 플라즈마가 애초 예상했던 묽은 가스와 같은 플라즈마가 아니라 강하게 엮여있는 플라즈마라는 것을 암시한다. 이 발견은 미시적이고 집단적인 성질이 양자현상에 기인하는 극고온/고밀도 플라즈마 연구라는 물리학의 새로운 분야를 열었다. 향후 10년간 수행될 가장 중요한 과학적 연구의 하나는 이 새로운 물질의 상태를 정량적으로 설명하는 것이다.

<이미지 출처: http://www.bnl.gov>

핵자의 스핀 (Spin of the Nucleon)

핵자, 즉 양성자와 중성자는 강한 상호작용에 의해 구속된 쿼크와 글루온으로 된 복잡하고 동적인 입자다. 지금까지 발견된 핵자의 구조는 QCD에 관해 많은 것을 알게 해준다. 실험과 이론을 병행함으로써, 예를 들면, 쿼크가 핵자 안에서 메존 비슷한 클러스터를 만드는지 그리고 다른 종류(flavor)의 쿼크가 갖는 공간분포와 운동량분포가 어떻게 다른지 등을 알 수 있게 한다. 그 중 가장 흥미있는 문제중 하나는 핵자의 고유 각운동량인 스핀이다. 핵자의 스핀은 1/2이고 우리가 QCD를 이해했다고 한다면 이 값이 핵자의 내부 구조에서 어떻개 얻어지는지 설명할 수 있어야 한다. 제퍼슨 연구소 (JLab)와 독일 DESY의 최근 실험은 uud로 만들어진 양성자에서 u 쿼크의 스핀은 양성자의 스핀과 같은 방향으로 정렬이 되고 d 쿼크는 반대 방향으로 편극되있고, s 쿼크는 거의 편극이 되지 않음을 보인다. 이를 다 종합하면 쿼크의 스핀은 양성자 스핀의 약 30%만을 차지한다. 최근 기대되었던 RHIC의 실험은 핵자의 스핀에 대한 글루온의 역할을 더 자세히 알게 하지만 핵자의 스핀이 어떻게 나뉘는지는 아직 풀리지 않은 문제로 남아있다. 이에 대한 해답은 RHIC과 JLab의 CEBAF (12 GeV로 업그레이드된 후)에서 행해질 실헙에서 얻을 수 있을지 모른다. 그러나 현재의 기술로는 핵내의 쿼크와 글루온이 존재할 수 있는 모든 영역을 커버하지 못한다. "대자연"이 핵자의 스핀을 현 실험장치로는 접근할 수 없는 영역에 숨겨 놓았다면 핵자의 스핀을 이해하기 위해서는 새로운 방법과 기술이 요구된다.

<이미지 출처: http://www.jlab.org >

제트 퀜칭 (Jet Quenching)

QCD 제트는 모든 종류의 초고에너지 충돌에서 일어나는데 입사하는 쿼크와 글루온의 강한 산란 (hard scattering)과 그것들로부터 생기는 입자의 분사로 발생한다. 제트는 RHIC의 양성자-양성자 (proton-proton) 충돌, 중수소-금원자핵 (deuteron-gold) 충돌, 금원자핵-금원자핵 (gold-gold) 충돌에서 관측되었다. 이 중 드라마틱한 변화가 금원자핵-금원자핵 충돌에서 생기는 제트의 분포에서 생긴다. 양성자-양성자 충돌이나 중수소-금원자핵 충돌에서는 백투백 (back-to-back)의 제트가 전형적으로 관측된다.즉 두 개의 제트가 반대방향으로 진행한다. 하지만 거의 정면 충돌시 금원자핵-금원자핵 충돌에서는 이 패턴이 사라지고 하나의 제트만 관측된다. 이것이 제트 퀜칭이다. 이는 2차 제트를 만드는 산란된 쿼크와 글루온이 충돌 후 생성되는 (보통의 핵자보다 밀도가 100배가 되는) 물질을 통과하면서 많은 에너지를 잃어 버린다는 것(energy loss)을 암시한다. 최근의 결과는 이런 고에너지 제트의 잃어버린 에너지가 집단적인 충격파(sonic boom)로 나타날 수 있다는 것을 제시한다. 이 제안이 옳다면 이 새로운 물질에서 소리의 속도 (speed of sound)를 결정할 수 있다. 제트 퀜칭의 효과는 이 격렬한 충돌에서 생기는 쿼크-글루온 플라즈마에서 글루온 밀도를 연구하는 새로운 방법을 열게 된다.

<이미지 출처: http://www.lbl.gov>

중성자의 전하 분포

중성자는 이름 그대로 전기적으로 중성이며 전하를 갖는 양성자의 짝이다. 하지만 중성자는 양성자와 비슷한 자기적 (magnetic) 성질을 갖고있으며 이는 그것의 내부 구조가 아주 복잡하다는 것을 나타낸다. JLAB과 MIT의 Bates 연구소를 비롯한 세계 각지에서 10여년 계속된 편극된 빔과 타겟을 이용한 실험 결과 중성자의 전하 분포가 훨씬 자세하게 알려졌다. 중성자의 중심부는 양의전하를 갖고 있다. 중성자의 중심부를 둘러싸는 메존 구름은 음전하를 띠고 있어 전체적으로 중성이된다. 이 새 결과는 중성자의 전자기적 성질을 규명하려는 이론, 특히 lattice QCD에 매우 강한 강제 조건을 제시한다.

<이미지 출처: http://www.jlab.org>

핵물리학의 연구 방향 1

2009-06-08T04:01:00.000+09:00

2006년 7월 미국 에너지성 (DOE)과 국가 과학 재단 (NSF)는 핵과학 자문위원회 (Nuclear Science Advisory Committee, NSAC)에 미국 핵과학의 미래와 차후 10년간 미국 핵과학의 진흥을 위한 장기 연구 계획에 대한 연구를 의뢰했고 그 결과로 2008년 9월 텍사스 A&M 대학의 트리블을 위원장으로하는 59명의 학자들이 보고서를 발표했다. (원문은 여기) 이 중장기 연구 계획에 대한 보고서는 앞으로의 연구 방향을 제시한다. 그리고 현재와 가까운 미래의 연구 주제를 엿볼 수 있다. 2008년 보고서에서 제시하는 문제는 다음과 같다.

양자색역학 (QCD, Quantum Chromodynamics)

강하게 상호 작용하는 물질의 상 (phase)은 무엇이며 우주에서의 역할은 무엇인가?

핵자의 내부 구조는 어떠한가?

강하게 상호 작용하는 물질에 대해 QCD의 예측은 무엇인가?

무엇이 쿼크와 글루온을 파이온과 핵자로 만들어 주는가?

핵자와 핵에서 글루온의 역할은 무엇이며 또 글루온 스스로의 상호작용은 어떤 역할을 하는가?

QCD의 주요 본질을 결정하는 것은 무엇이고 중력과 시공간과는 어떤 연관이 있는가?

원자핵과 핵우주물리 (Nuclei and Nuclear Astrophysics)

양성자와 중성자를 묶어 안정된 원자핵과 희귀 동위원소를 만드는 핵력의 본질은 무엇인가?

복잡한 원자핵에서 나타나는 간단한 패턴의 원인은 무엇인가?

중성자별과 조밀한 핵물질의 본질은 무엇인가?

우주에 있는 원소는 어떻게 생겨났나?

태양과 별을 빛나게 하는 핵반응은 무엇인가?

기본 대칭성과 뉴트리노 (Fundamental Symmetries and Neutrinos)

뉴트리노의 성질은 무엇이며 질량은 얼마인가? 또 뉴트리노가 어떻게 우주의 진화에 관여하는가?

현 우주에 반물질보다 물질이 많은 이유는 무엇인가?

초기 우주에는 존재했다가 우주가 진화하면서 사라져버린 보이지 않은 힘은 무엇인가?

<NSAC의 멤버들>

미시건에 세워질 FRIB

2009-06-06T05:20:00.000+09:00

10년 후 미국 핵물리학의 중요 연구소가 될 희귀동위원소 빔 가속기 (FRIB, Facility for Rare Isotope Beams)가 미시건주 이스트 랜싱의 미시건 주립대학(MSU)에 세워진다고 작년 말 (2008년 12월 11일) 미국 에너지성 (DOE)이 발표 했습니다. 그 동안 이를 따기 위해 일리노이주에 위치한 알곤 (Argonne) 국립연구소와 치열하게 경쟁을 했는데 결국 미시건이 이겼군요. 자동차 산업의 몰락으로 침통해진 미시건주에 약간의 위로가 될지... 총 공사비는 5억5000만 달러, 1 달러 = 1250원으로 환산시, 약 6,900억원의 사업입니다. 물론 추후 연구소 운영에 필요한 경비는 제외고 실제 공사비는 항상 그렇듯 예상보다는 더 들어갈 것입니다. 건설에서 완공까지는 약 10년을 예상하고 있으며 약 1000명의 연구진 (연구원, 대학원생 포함)이 희귀 동위원소와 우주의 진화에 대해 연구할 계획입니다. 실제 건설은 2013년 시작될 예정이고 미시건주에 10억 달러의 경제적 효과를 가져올 것으로 기대한다고 합니다. 이로써 하마터면 문을 닫을 뻔 했던 미시건 주립대학의 핵물리 연구소인 사이클로트론 연구소 (NSCL National Superconducting Cyclotron Laboratory)는 극적으로 살아났고 미시건 주립대학은 향후 미국 핵물리학 연구의 새로운 메카가 되기를 기대할 수 있게 되었습니다. 핵물리학계는 제퍼슨 연구소의 CEBAF, 브룩하븐 연구소의 RHIC과 함께 세 개의 대형 장난감(?)을 가지게 됩니다.

<MSU에 세워질 FRIB의 예상되는 설계, 이미지 출처 : https://www.orau.org>

<FRIB를 호스트하도록 응원하는 MSU 학생들, 이미지 출처 : www.statenews.com>

FRIB는 1996년 NSAC (핵과학 자문 위원회)의 보고서에서 처음으로 제안된 이 후 DOE와 NSF 의 많은 위원회의 검토 및 연구를 거쳐 최종 승인이 나기까지 대략 10 여년이 걸렸습니다. (2008년 NSAC의 보고서에서 다시 한번 FRIB를 강하게 추천했습니다.) FRIB의 연구 목적은 핵우주론 (Nuclear Astrophysics)과 핵 구조론 (Nuclear Structure) 연구로 다음과 같은 목표를 세우고 있습니다.

태양과 별의 에너지원인 원자핵사이의 반응
원자핵의 구조와 핵을 묶는 힘
물질의 기본 성질에 대한 이론 검증
새로운 핵의학과 기술 발전

더 자세한 내용은 다음에 포스트할 예정입니다.

아인쉬타인의 논문을 리젝트한 사람

2009-06-04T06:50:00.000+09:00

논문을 쓸때 보통 어느 저널에 보낼것인지를 대략은 생각하며 논문을 완성합니다. 논문을 저널에 보내게 되면 저널의 에디터, 즉 편집자는 그 논문이 자기 저널에 발표될 가치가 있는지를 따져 출판 여부를 결정합니다. 따라서 에디터는 그 분야의 전문가 중에서 널리 알려진 학자입니다. 보통의 경우 논문의 출판여부는 전적으로 에디터가 결정합니다. 하지만 에디터가 신이 아닌 이상 자기 전공의 모든 분야를 다 잘 알 수는 없습니다. 그래서 제출된 논문을 리뷰어 (또는 레프리)에게 리뷰를 의뢰합니다. 리뷰어는 통상 제출된 논문의 전공자, 즉 그 분야에서 나름대로 인정된 사람들중에서 선택하며 대개 1-2명이지만 3명 이상까지 선정하는 저널도 있습니다. 레프리는 보통 2-3주안에 심사 보고서를 제출하도록 권고받지만 그 기한을 지켜 제출하는 경우는 그리 많지 않습니다. (수고비나 심사료 같은 것은 물론 없습니다.) 에디터는 논문의 출판여부를 리뷰어의 권고에따라 결정합니다. 현 논문 그대로 출판, 어느정도 수정후 출판, 또는 퇴짜 등. 논문의 저자 또한 이에 해당하는 권리를 갖습니다. 논문을 수정해 다시 제출하거나 리뷰어를 바꾸어 달라고도 요구할 수 있습니다. 이를 받아들이거나 무시하는 것은 전적으로 에디터의 권한이지만요. 논문의 저자와 레프리의 의견이 충돌하면 몇 달을 두고 싸우기도 합니다. 이에 대한 판단은 에디터가 하지만 이견이 해소되지 않을 때 결국에는 명망있는 학자들로 구성된 편집위원회까지 올라가기도 합니다. 흔히 오해하는 것중의 하나가 어떤 논문이 유명 저널에 실렸으니 논문의 내용이 검증되었고 이를 인정해야한다는 생각입니다. 하지만 레프리가 할 수 있는 것은 논문의 내용을 검증하는 것이 아닙니다. 레프리가 보는 것은 주로 논문의 주장이 타당한지, 논리의 비약은 없는지, 입증된 기반에서 논증을 시작하는지, 기존의 입증된 사실과 어긋나지 않는지, 논문에 발표된 계산 혹은 실험이 타당하고 다른 학자에의해 검증이 될 수 있도록 내용이 충실한지, 그리고 참고문헌이 공정하고 바르게 되어있는지 등입니다. 기존의 이론/실험과 일치하지 않는다고 무조건 리젝트되지는 않습니다. 다만 그 근거를 더 자세히 기술해야하고 레프리를 설득할 수 있어야 합니다. 또한 레프리가 그 논문의 계산이나 실험을 재현해서 검증하기는 불가능합니다. 검증은 논문이 출판된 후 다른 연구에 의해 행해집니다. 자신이 심혈을 기울여 쓴 논문이 리젝트되면 그 기분은 어떨까요?

논문을 출판하기 위해 보통의 경우 대개 유럽 또는 미국의 저널을 고려합니다. 이 때 자기가 살고 있는 지역 또는 속해 있는 학교나 연구소가 있는 지역의 저널은 고려하는 경우가 많습니다. 즉 유럽의 학자들은 유럽의 저널을, 미국의 학자들은 미국에서 발행되는 저널을 주로 고려합니다. 물론 개인마다 다른 취향이 있어 특정 저널만을 고집하는 경우도 있지만 논문을 발표할때 자기 지역의 저널을 주로 이용하는게 보편적입니다. 따라서 유럽에 있을 때는 유럽의 저널에 미국에 있을 때는 미국의 저널에 주로 발표하게 됩니다. 아인쉬타인은 1933년 독일에서 미국으로 건너갑니다. 독일에 있을 때는 물론 독일의 저널에 주로 논문을 투고했습니다. 1905년 벌표된 상대성이론을 포함한 그의 유명한 논문 5편은 모두 아날렌 데어 피직 (Annalen der Physik)을 통해 세상에 나왔습니다. 미국으로 건너온 후에는 미국 물리학회의 공식 저널인 피지컬 리뷰(Physical Review)를 주로 이용했습니다. 1935년 EPR 논문이나 1936년 웜홀에 관한 논문들이 대표적입니다. 하지만 1936년의 논문이 아인쉬타인이 피지컬 리뷰에 발표한 마지막 논문이 되었습니다. (1952년의 reply 형식의 출판이 유일한 예외입니다.) 아인쉬타인이 피지컬리뷰를 떠난 이유는 1936년 로젠 (Rosen)과 함께 쓴 중력파에 대한 논문에 대한 피지컬리뷰의 레프리 리포트를 받은 후 부터라고 합니다. 한 마디로, 퇴짜를 받은 것입니다. 아인쉬타인은 로젠과 함께 '중력파는 존재하는가?'라는 제목의 논문을 1936년 6월 1일 피지컬리뷰에 보냈고 이에 대한 답장을 (7월 23일자) 10장에 걸친 리뷰와 함께 받았습니다. 그 결과 7월 27일 피지컬리뷰의 에디터는 분노에 찬 답장을 받습니다.

Dear Sir,

We (Mr. Rosen and I) had sent you our manuscript for publication and had not authorized you to show it to specialists before it is printed. I see no reason to address the -- in any case erraneous -- comments of your anonymous expert. On the basis of this incident I prefer to publish the paper elsewhere.

Respectfully,

P.S. Mr. Rosen, who has left for the Soviet Union, has authorized me to represent him in this matter.

<우리는 그 논문을 출판하기 위해 귀하께 보냈지만 그 눈문이 출판되기 전에 귀하의 전문가에게 보이는 건 허락하지 않았습니다. 귀하의 익명의 전문가의 코멘트에 - 어쨌던 틀린 코멘트지만 - 답 할 이유를 모르겠습니다. 따라서 이 논문을 다른 곳에 출판할 것입니다.>

논문을 피지컬리뷰에서 철회한 후 아인쉬타인은 그 논문을 필라델피아의 Journal of the Franklin Institute에 보내고 이 논문은 수정없이 승인이 되었고 곧 출판되었습니다. 하지만 논문에는 중대한 수정이 있었고 결론 또한 피지컬 리뷰에 제출했던 논문의 결론과 반대였습니다. 비록 피지컬 리뷰에 제출된 논문의 사본은 남아 있지 않지만 정황상 그리고 간접적인 문헌으로 첫 번째 논문에서 '중력파는 존재하는가?'라는 질문에 대한 답으로는 '아니오'였다고 알려져있습니다. 하지만 Journal of the Franklin Institute에 출판된 논문에서는 결론은 '예'로 바뀌었습니다. 분명히 레뷰어의 코멘트에 영향을 받았다는 것이죠. 그러면 아인쉬타인의 논문을 심사하고 리젝트한 사람은 누구일까? 원칙적으로 리뷰어의 신원은 밝히지 않지만 이 경우에는 논문과 심사에 관련된 학자들이 모두 사망한 경우라 미국물리학회에서 이를 공개했습니다. 피지컬 리뷰의 기록에 따르면 논문을 1936년 6월 1일 접수가 되었고 6월 6일 레프리에게 보내졌습니다. 레프리의 리뷰는 7월 17일자로 접수 되었고 7월 23일 아인쉬타인에게 통보되었습니다. 레프리는 프린스턴에서 연구하던 상대성이론 전문가인 하워드 펄시 로버트슨(H.P. Robertson)이었습니다. 그는 아인쉬타인의 동료로 같은 곳에서 연구를 하고 있었으나 그 당시에는 칼텍에서 안식년을 보내고 휴가차 아이다호주에 머무르고 있었습니다. 그는 그 논문의 내용에 대해 잘 알고 있었고 잘못된 부분을 알고 있었다고 합니다.

<아인쉬타인의 논문을 리젝트 했던 로버트슨, 이미지출처 : photos.aip.org>

리뷰어 제도가 먼저 정착이 된 것은 유럽보다 미국이 더 빨랐습니다. 그 당시 대부분의 유럽저널들의 논문 리젝트 비율을 5-10%를 넘지 않았다고 합니다. "논문이 없는 것보다는 틀린 논문이라도 싣자"라는게 그들의 생각이었고 플랑크는 이를 크게 비판한 적도 있었습니다. 그 당시 아인쉬타인의 논문은 레프리의 리뷰없이 곧장 출판승인되었기 때문에 레프리 리포트를 벋은것은 위의 경우가 차음이라고 합니다. 다른 사람의 논문을 레프리하는 것을 귀찮게 생각하는 사람도 많습니다. 하지만 레프리의 원래 목적이 논문의 오류를 바로 잡고 독자를 위해 더 읽기 좋은 방향으로 논문 수정을 유도하기 위해서라는 것을 생각하면 책임감이 더 무거워집니다. 아인쉬타인의 논문에 수정을 요구했던 로버트슨은 레프리의 역할을 훌륭하 수행한 좋은 레프리라 할 수 있겠죠.

<아인쉬타인의 70회 생일기념사진. 제일 왼쪽이 로버트슨, 이미지출처 : photos.aip.org>

(추가: 아무리 위대한 학자라도 모든 논문이 다 오류가 앖이 완벽하지는 않습니다. 아인쉬타인의 경우는 참고문헌에 놀라울 정도로 무신경이었다고 합니다. 1905년의 논문들은 현재의 기준으로 보면 참고 문헌의 문제로 최소 한 번은 수정을 요구 받을 거라고 말하는 사람도 많습니다. 나중에 인펠트 (Infeld)가 그와 함께 책을 쓰면서 '산생님의 이름으로 책이 나가기 때문에 혹여 틀린 곳이라도 있을까 아주 많이 신경을 쓴다'고 하니 아인쉬타인은 크게 웃으며 '그럴 필요 없다네. 내 이름으로 나간 논문중 틀린 논문들도 있으니까.'라고 대답했다고 합니다.)

미국 최초의 흑인 물리학박사

2009-05-30T01:25:00.000+09:00

미국 프로야구 메이저 리그 최초의 흑인 선수, 재키 로빈슨은 널리 알려져 있습니다. 그의 등번호 42번은 모든 팀에서 영구결번이라고 하죠. 미국 프로 농구 NBA의 첫 흑인 선수는 척 쿠퍼, 냇 클리프턴, 얼 로이드라는 세 선수로 알려져 있습니다. 각 분야에서 인종 차별을 깨뜨린 선구자들 입니다. 그러면 물리학에서는 어떨까요? 아쉽게도 지금 현재에도 흑인 물리학자들을 많이 볼 수는 없습니다. 여러 이유가 있겠지만 물리학이 스포츠처럼 매력있지도 않고 그리고 부를 안겨주지 못하니까 관심도 덜 하기 때문이 아닐까 합니다.

다른 분야에서와 마찬가지로 학문의 세계에서도 남녀 차별과 인종 차별은 존재해 왔습니다. 다만 재키 로빈슨이 메이저리그에 데뷔한 때가 1947년 4월, 미국 프로 농구의 인종 장벽이 깨진 것은 1950-1951 시즌이라고 하는데 물리학에서 최초의 흑인 박사가 탄생한 것은 그보다 70여년 빠른 1876년 6월이라고 하니 조금은 체면이 설 지 모르겠습니다만. 미국 물리학회의 기록으로는 미국 최초의 흑인 물리학 박사는 1852년 코네티컷의 뉴 하븐에서 태어난 에드워드 알렉산더 부쉐 (Edward Alexander Bouchet; 1952-1918)입니다. 24살에 학위를 받았습니다. 사진 속의 인물이 젋은 시절의 부쉐입니다.

그는 미국 대학교에서 배출된 첫번째 흑인 물리학 박사이면서 미국 대학교가 배출한 6번째 물리학 박사입니다. 그는 또 예일 대학교 최초의 흑인 졸업생입니다. 그의 아버지는 사우스 케롤라이나에서 주인을 따라 코네티컷으로 이주한 노예였습니다. 나중에 주인은 그를 사업자금을 주면서 노예에서 해방합니다. 그 후 그는 흑인 교회의 집사로 뉴 하븐의 흑인사회에서 영향력이 있는 인물이 됩니다. (그 교회는 언더그라운드 레일로드로 탈출한 노예들이 중간에 들르는 곳이었습니다.) 에드워드에게는 세 누나가 있었습니다. 그의 부모는 아이들에 대한 교육에 적극적이었고 에드워드는 당시 관습에 따라 지역 흑인 공립학교인 Artisan Street Colored School에서 공부를 합니다. 총 학생수는 30명 이었고 교사는 한 명 뿐인 유색인종만 다니는 학교입니다. 1866년부터 1868년까지 뉴 하븐 고등학교를 다니고 1868년 (16세) 그는 놀랍게도 졸업생을 예일 대학교로 많이 보내기로 유명한 사립 대학예비학교인 Hopkins Grammar School에 입학합니다. 그곳에서 라틴어, 그리스어, 기하학, 대수학, 역사와 같은 전통적인 교육을 받고 1870년 (18세)에 반에서 1등으로 그 학교를 졸업합니다. 그리고 그 해 가을 당당히 예일 대학교에 입학합니다. 아버지의 주인이었던 로빈슨의 아들과 함께 말입니다. 1874년 (22세)에 반에서 124명중 6등의 성적으로 흑인으로서는 예일 대학교 (최초의 입학생은 아니지만) 최초의 졸업생이 됩니다. 그는 또 아주 우수한 학생만 가입할 수 있는 Phi Beta Kappa에 처음으로 추천된 흑인입니다. (이 때 가입은 하지 못했고 최초의 Phi Beta Kappa의 흑인 멤버는 1877년 버몬트 대학의 헨더슨입니다.) 그의 이력은 필라델피아의 자선 사업가이며 Institute for Colored Youth의 운영위원인 알프레드 코우프(Alfred Cope)의 관심을 끌게 됩니다. 그의 후원으로 에드워드는 학업을 계속해서 박사학위를 받습니다. 그 의 주 지도 교수는 아더 라이트로 그는 1861년 미국 대학교에서 최초로 물리학 박사를 받은 사람이었고 에드워드의 주 연구과제는 기하 광학으로 그의 학위 논문 제목은 “On Measuring Refractive Indices” (굴절률 측정에 대해) 이었습니다. 학부를 마친 후 불과 2년 만에 이룬 업적입니다.당시 이 정도의 학력과 업적이라면 누구든 쉽게 대학교에 자리를 잡을 수 있었습니다. 다만 흑인이 아니었다면. 결국 인종 차별의 장벽에 막혀 그의 재능을 발휘할 기회를 전혀 얻지 못합니다. 1876년 그는 후원자인 코우프의 제의를 따라 필라델피아에 있는 Institute for Colored Youth에서 교편을 잡습니다. ICY는 미국에서 가장 오래된 흑인을 위한 고등학교로 퀘이커 교도가 세웠으며 미국에서 흑인으로는 최초로 유명 대학교의 교수가 된 리즌 (Charles L. Reason)이 교장(1852-1856)이었던 곳입니다.

에드워드는 ICY에서 26년간 물리와 화학을 가르칩니다. 하지만 열악한 환경과 지원 부족으로 스스로의 연구는 포기할 수 밖에 없었습니다. 그러다 1900년 경 흑인 교육에 대한 논쟁이 치열해 집니다. 즉 흑인에게 학문적인 교육대신 직업 교육을 시켜야하는지에 관한 논쟁입니다. 결국 ICY는 직업교육을 택하고 펜실베니아의 체니로 옮겨가 체니 대학교 (Cheyney University)가 됩니다. (지금은 학사와 석사학위를 제공하는 학부 중심 대학입니다.) 학문적 교육을 주장한 에드워드는 1902년 학교를 떠나 이곳저곳 돌아다니며 교육을 계속합니다. 1916년 동맥경화로 완전히 은퇴한 그는 뉴 하븐의 어린시절 자랐던 집으로 어머니에게 돌아옵니다. 그곳에서 그는 1918년 66세를 일기로 어머니의 보살핌 속에 세상을 떠납니다. 2 년 후 그의 어머니 또한 102세를 일기로 운명합니다.

그는 결혼도 하지 않고 아이도 없었습니다. 편지나 노트도 전해지지 않아 그에 관해 알려진 게 거의 없습니다. 하지만 그는 흑인도 고등 교육을 받고 학문을 연구할 수 있다는 것을 보여준 첫번째 인물입니다. 두번째로 흑인 물리학 박사가 탄생한것은 그가 사망한 해인 1918년 엘머 이메스에 의해서 입니다. 최초의 흑인 물리학 박사가 탄생한지 42년 후 의 일입니다.

<예일 대학교에 있는 그의 초상화>

과학을 하는 대학원생에게 하는 충고

2009-05-28T09:23:00.000+09:00

대학원에 들어오는 이유는 물론 석,박사 학위를 따기 위한 것입니다. 학위를 따기 위해서는 논문을 써야합니다. 특히 이공계의 경우에는 SCI 급 저널에 논문을 실어야 하는데 우리나라의 경우 석사학위 논문 또는 그 후속 논문이 저널에 실리는 자기 커리어의 첫 번째 논문이 되는 경우가 대부분입니다. 여기 소개하고자 하는 글은 스위스 바젤 대학교의 쉬턴스 교수 (동물학)가 쓴 "대학원 학생들에게 보내는 충고"입니다. 대상은 대학원에 진학하려는 학생들입니다. 원본은 여기 에 있고 이 포스팅에서는 이 글을 간단히 소개합니다.

항상 최악에 대비하라.
대학원 과정에서 부딪히는 큰 문제의 대부분은 조금만 더 선견지명이 있으면 피할 수 있다. 좀 더 시니컬해져라. 연구가 잘 안될 수도 있고 학위 심사위원들이 시큰둥할 수도 있다. 플랜 B를 생각하라.
아무도 너를 위해주지 않는다.
너를 생각해주는 교수도 있고 그렇지 않은 교수도 있다. 너를 생각해주는 교수라도 항상 바쁘다. 따라서 그들이 실제로 너를 위해 쓸 시간이 없다. 너의 인생은 네것이다. 교수는 연구과제에 도움말을 주고 생활비를 대주지만 연구는 네가 하는 것이다. 도움이 필요하면 찾아가서 말하라. 그게 그들의 의무이고 월급 받는 이유다. 먼저 찾아가라. 그들은 절대로 먼저 와서 도와주지 않는다.
네가 하는 연구의 중요성을 숙지하라.
첫1년간 많이 읽고 생각하라. 논문이나 책에 나오는 걸 확신을 갖기 전까지는 모두 다 거짓말이라고 생각하고 읽어라. 이해할 수 없는 부분이 있다고 좌절마라. 네 잘못이 아니고 설명을 바르게 못한 저자 책임이다. 연구를 하고 있지 않으면 여기 왜 있는지라는 생각이 들것이다. 참을성있게 기다려라. 이 단계는 새 아이디아의 흐름을 아는데 중요하다. 자기 분야의 중요한 문제가 무언지 알라. 이는 연구 프로젝트를 받을 때 네가 할 만한 가치가 있는 일인지 판단하는 데 중요하다. 박사학위는 추후 너의 미래를 결정할 수 있다. 네가 그 연구를 왜하고 있는지 모른다면 데이터 수집하는 등의 일이 무슨 의미가 있겠는가.
마음을 강하게 먹어라.
대학원에서는 할 일이 많다. 수업도 들어야하고 학부생들을 가르치기도 해야하고 언어도 익혀야하고, 등등. 여기 몇 가지 주의할 점이 있다.

a. 박사학위 논문이 중요하다는 이미 강조했다. 하지만 완벽한 학위 논문을 쓰는 것은 불가능하다. 모든 일이 그렇듯 학위 논문에도 오류가 있을 수 있다. 네가 할 수 있는 범위 내에서, 돈, 시간, 에너지, 아이디어 등등, 최선을 다해 학위 논문을 준비해라. 그러기 위해서는 코스 웤을 빨리 끝내라. 연구하면서 많이 배운다.

b. 주눅들거나 위축되지 마라. 동료 학자로 대접받도록하고 그렇게 행동하라.

c. 대학원은 네 인생을 설계하는 하나의 문일 뿐이다. 다 좋은 기회가 생기면 대학원을 떠날 준비도 해라. 세상에는 학위 말고도 중요하고 가치있는 일이 많다. 대학원을 유일한 옵션으로 가지고 있으면 나중에 일이 안 풀리면 비참함을 느낀다. 재능이 없다고 생각되면 자신을 비하하고 다른 사람의 기회를 빼았는 셈이된다. 과학자가 될 수 없다고 생각되면 과감히 다른 일을 시작해라. 물론 동료와 지도교수와 상의하고.
강의를 많이 듣지 마라.
이미 충분히 기초가 되어 있다면 수강 과목을 줄이고 스스로 생각하는 법을 배우고 익혀라. 수동적으로 듣기 보다 능동적으로 사고하라. 시간을 충분히 갖고 다른 사람과 1 대 1 로 접촉하라. 읽고 토의하는게 더 빨리 배우는 방법이다. 동료와 세미나를 정기적으로 하고 교수를 초대해보라. 싫어하는 교수는 아마 없을 것이다. 물론 테크닉을 배우는 강좌는 수강해야한다.
연구 계획을 세우고 평가를 부탁하라.
연구 계획을 새우는 것은 많은 장점이 있다. 먼저 읽고 생각한 것을 정리하고 거기서 무언가를 끄집어내게 한다. 그리고 보다 독립적이 된다. 말로 하면 너무 복잡하고 명확하지 않지만 글로 쓰면 생각이 정리된다. 그러면 다른 사람들이 생산적인 비평을 줄 수 있다. 작문 연습은 많이 하면 할수록 좋다. 계획서에는 간단히 연구 목표를 써라. 그리고 그 일이 과학적으로 중요한 이유를 써라. 그리고 연구 과제를 단계별로 작은 과제로 나누어라. 연구 도중 발생할 문제나 어려운 점을 생각한다. 그리고 실제 그런 일이 발생할때 할 수 있는 일들을 적는다. 2-3개 프로젝트를 동시에 하는 것도 나쁘지 않다. 잘못 잡은 연구 방향은 빨리 발견한는 게 좋다. 학위 논문 발표 날짜를 생각하고 거기에 맞추어 연구 계획을 짜라. 준비가 되면 2-3주에 걸쳐 계획서를 작성하고 리뷰를 부탁한다. 혹평을 기대하고 답변을 생각해보라.
지도 교수를 이용하라.
지도 교수에게 네가 지금 하고 있는 일을 주지시켜라. 방해는 하지 말고. 최소한 1년에 1-2번 진행사항을 글로 써서 제출해라. 성격차이와 같은 개인적 문제는 피하라. 지도 교수와 잘 지낼 수 없다면 지도 교수를 빨리 바꿔라.
학위논문의 형태
가장 기본에서 출발해 검증 되지 않았던 가정을 테스트하라. 또는 새로운 연구 동향의 기본 문제를 생각하라. 중요한 일은 아니지만 많은 데이터를 모으는 것도 괞찮은 일 중 하나다.
논문 쓰고 출판하기를 빨리 시작해라.
논문 쓰지 않고는 이 바닥에서 살 수 없다. 아무리 좋은 연구도 출판되지 않으면 완성된 것이 아니다. 글을 깨끗이, 간결하고 잘 정돈되게 쓰도록 연습해라. 경험 많은 이와 함께 공동 논문을 쓰는 것도 도움이 된다. 첫번째 논문이 세상을 놀라게 할 논문이라고 기대하지 마라. 보통의 저널에서 출발해 최고의 저널에 논문을 출판하도록해라. 학위 논문을 위한 연구를 나누어 단계별로 논문으로 출판하라. 과학 논문 쓰는 방법에 대한 책을 3-4년간 일년에 한번쯤은 계속 읽어라. 논문을 완성하면 저널에 보내기 전에 다른 이에게 리뷰를 부탁해라.
꾸준히 논문을 써라. 하지만 너무 많지 않게.
쉽게 잊혀지는 논문 수십개 보다 중요한 논문을 몇 편 쓰는 게 더 중요하고 도움이 된다. 대부분의 논문을 인용이 잘 되지 않는다. 약 10%의 논문이 90%의 인용을 차지한다. 양보다 질이 더 중요하다. 일년에 한 두 편의 좋은 논문을 유명 저널에 출판하면 잘 하고 있는 것이다.

Omega_b 의 발견

2009-05-23T09:24:00.000+09:00

는 하나의 b 쿼크와 두개의 s 쿼크를 갖는 바리온이다. 이 입자를 찾기 위한 실험결과가 미국 Fermi Lab의 CDF Collaboration에서 발표되었는데 (arXiv:0905.3123) 의 질량이 6054 MeV로 측정되었다. (더불어 의 질량은 5790.9 MeV로 기존의 결과와 일치한다.) 하지만 이 결과는 일 년전 피지컬 리뷰 레터에 발표된 D0 Collaboration의 결과와는 다르다. D0는 의 질량이 6165 MeV라고 발표했다. 두 그룹의 결과가 약 110 MeV 나 차이가 난다. 두 그룹은 모두 Fermi Lab에서 실험했지만 결과는 다르다. 물론 둘은 서로 자기가 맞다고 싸우고 있다. (여기를 클릭) Lattice 이론은 CDF에 더 가깝지만 어떻게 결론지어질지.

<왼쪽은 D0 데이터, 오른쪽은 CDF 데이터>

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.

네팔 (We want to study physics)

2009-05-21T02:38:00.000+09:00

2006년 12월 네팔에서 벌어졌던 데모입니다. 데모가 벌어진 장소는 네팔 교육체육부 앞 입니다. 보시는 것처럼 사람들이 주장하는 것은 물리공부를 더 할 수 있게 해달라는 것입니다. 하지만 그 이유는 정치적으로 불안정한 고국을 떠나기 위해서는 학위를 받아 유학가는게 일반적인데 그중에서도 외국에서 전공을 (돈을 벌 수 있는) 공학으로 바꾸기 쉬운 물리학 학위를 갖는 게 유리하다고 합니다. 하지만 강좌 수가 제한되어 있어 대학에서 물리를 수강하는게 힘들고 그래서 물리 강좌 수를 늘려 달라는 데모를 한 것 이라고 합니다.

오스트리아, CERN 탈퇴를 철회하다

2009-05-19T06:59:00.000+09:00

세계를 강타하고 있는 경제 위기의 영향이 드디어 유럽 과학계까지 뒤흔들었다. 이번 달 초 (2009년 5월), 오스트리아의과학부 장관은 오스트리아가 2011년 이전까지 CERN에서 탈퇴한다고 발표해서 많은이들을 놀람과 충격에 빠뜨렸다. 이는 현재거대 강입자 가속기 (LHC)의 가동으로 들떠있던 CERN의 과학자들을 낙담케 했는데 그 이유는 비록 오스트리아가 CERN에투자하는 금액이 약 2000만 유로로 CERN 전체 예산의 2.2% 정도이기 때문에 큰 영향을 주지는 않지만 다른 참여국들을 자극해 탈퇴선언이 잇따르지 않을까하는 우려가 크기 때문이다. 오스트리아는 1959년부터 CERN의 창립과 운영을 지원해왔는데 최근의 경제난으로 더 이상 CERN의 회원국이 될 수 없다고 발표했다. 하지만 이는 오스트리아뿐 아니라 세계 각지의 많은과학자들의 탄원을 불러 왔고 특히 오스트리아 학자들은 이 사건이 국제 사회와 과학계에서 오스트리아의 신뢰를 추락시키고결국은 오스트리아의 과학을 후퇴시킬 것이라고 주장했다. CERN을 탈퇴하기 위해서는 정부와 의회를 통과해야 하는데다행히 오스트리아 수상은 오늘 오스트리아가 CERN의 회원국 자격을 계속 유지할 것이라고 발표해 이번 사건은 수습과정으로 들어갔다.

한국 물리학자들의 블로그

2009-05-16T06:07:00.000+09:00

한국 물리학자들의 블로그를 찾아봤다. 별로 많지는 않지만 계속 업그레이드 중.

http://navercast.naver.com/science/list

http://cosmic-ray.tistory.com/

http://breezing.tistory.com/

http://branes.egloos.com/

http://extrad.egloos.com/

http://kyauou.tistory.com/

http://ooju.egloos.com/

http://bhoonkim.egloos.com/

http://barabogi.tistory.com/

블로그는 아니지만

http://nucl-a.inha.ac.kr/physics/

국외 (영어)

http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/

http://www.zimbio.com/Nuclear+Physics http://www.zimbio.com/Particle+Physics

http://physicsandphysicists.blogspot.com/

http://hadronphysics.infn.it/

핵융합: 고온 혹은 상온

2009-05-13T10:00:00.000+09:00

근래 핵융합에 관한 두가지 사건이 보도된 바 있다. 하나는 우리나라의 핵융합 실험장치인 KSTAR의 준공이고 다른 하나는 상온핵융합의 가능성에 대한 기사로 재미 한국계 기업인이 원천기술(?)을 확보 했다는 기사다. 핵융합의 평화적 이용은 지난 반세기동안 많은 과학 기술자의 꿈이었다. 우리는 현재 얼마나 이 꿈에 가까이 와 있을까?

고온 핵융합

핵융합의 대표가 고온 핵융합이다. 두 가지의 핵이 융합하기 위해서는 엄청난 고온이 필요하다. 핵융합을 이용해 전기를 만들기 위해서는 이 고온을 다스려야 하고 이는 고온 핵융합의 아용을 가로막는커다란 장애물이다. 최근 KSTAR와 ITER가 고온 핵융합의 새로운 장래를 개척하는 첫걸음을 시작했고 많은 이들이 상당한기대를 하고 있는듯 하다. (핵융합에 대한 국내의 연구는 http://www.kps.or.kr/~pht/7-6/02.html에서 찾아볼 수 있다.) 핵융합을 통해 과학에 대한 관심이 조금이나마 높아지는 것은 크게 환영할 일이며 KSTAR의 설계에서 완공까지 묵묵히 연구를 수행한연구진에게 박수를 보낸다. 그렇지만 여기서 한 가지 우려가 되는 점이 있다. 많은 언론매체들은 마치 핵융합을 이용한 인공태양이10-15년후면 가능하다는 장밋빛 미래를 보도하고 또 그렇게 생각하는 사람들도 적지 않은듯하다.

여기서 우리가 다시 기억해야할 점은 거의 모든 학술 프로젝트가 그렇듯이 ITER 또한 시간표대로 이루어지지 않을 수 있다는점이다. 몇 달 전 미국 의회와 정부가 ITER에 관련된 프로젝트를 2009년에 "다시" 지원한다고 발표했다. ITER의회원국중 많은 지분을 갖고 또 많은 연구비를 지원하는 나라가 미국이다. "다시" 지원을 하기로 했다면 그 동안에는 지원을 하지않았다는 뜻이다. 실제로 미국은 작년인 2008년 ITER에 관계되어 신청된 연구비 1억6천만 달러를 거의 완전 삭감하여 약1천만 달러만 지원했다. 즉 거의 0이 된 것이다. 이를 막기 위해 학회에서 과학자들에게 자기 지역구의 연방의원에게 편지를쓰도록 권하기도 했지만 결국 결론을 바꾸지 못했다. 더구나 미국이 ITER 연구비를 삭감한 게 작년이 처음은 아니다. 다행히올해에는 ITER에 연구비를 지원하기로 결정했다고 한다. 그러면 미국은 왜 ITER 연구비를 삭감했을까? 인공태양의 기술을자국이 독점하기위해 국제 공동 연구를 원하지 않아서일까? 그럴 가능성은 거의 없다고 볼 수 있다. 만약 그게 목적이라면ITER에 지원하기로 한 연구비 정도가 미국내의 다른 핵융합 프로젝트로 들어가야 하지만 미국내에 그렇게 큰 프로젝트는 없다.핵융합은 성공하기만 하면 인류의 에너지 문제를 해결할 수 있다. 따라서 몇 억, 몇 십억달러의 투자비는 성공시의 보상에 비하면아무것도 아니다. 물론 다른 이유도 있겠지만 미국 정부가 망설이는 가장 큰 이유는 성공의 가능성에 대한 확신이 부족하기 때문일 것이다.

핵융합은 이론적으로 그리고 실험적으로 증명된 아주 잘 확립된 연구 분야다. 핵융합을 이용한 수소폭탄의 성공이후 핵융합 학계는핵융합의 평화적 이용이 20-30년내에 이루어질 것이라고 주장했다. 그로부터 30년 이상이 지난 지금 ITER의 목표는 상용화된핵융합 발전소를 20-30년내에 완성하는 것이다. 따라서 이런 '항상 30년'이 미국정부를 비롯한 회의론자들을 만들어 내는데일정 역할을 해온 셈이다. 사람들의 기대를 부추기는 현재의 언론 보도로 보건대 보면 만일 ITER와 KSTAR가 공언한시간표대로 핵융합발전을 진행시키지 못할 경우 그 후폭풍이 심히 우려된다. 핵융합에 대한 연구와 지원은 꾸준히 계속 되는게바람직하다. 하지만 장미빛 전망만을 부각시키기 보다는 이 프로젝트의 어려움과 중요성을 같이 알려서 많은 이들의 공감을 이끌어내는게 더 필요하지 않을까 생각된다.

[상온 핵융합을 연구하는 학자들. 왼쪽부터 Randall J. Hekman (Hekman Industries, LLC, Grand Rapids, MI), Michael C. H.McKubre (SRI International, Menlo Park, CA), Peter L. Hagelstein(Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA), David J. Nagel(The George Washington University, Washington DC) and Graham Hubler,(Naval Research Laboratory, Washington, DC) 출처: http://newenergytimes.com/v2/government/DOE/DOE.shtml]

상온 핵융합

1989년 폰스와 플라이쉬만의 상온 핵융합에 대한 발표는 전세계를 뒤흔들었고 수 많은 학자들이 곧장 연구에 착수했다. 한때는 그들이사용한 팔라듐을 생산하는 세계에서 몇 안되는 회사를 MIT에서 싹쓸이 하여 향후 2-3년간의 생산량을 모두 입도선매했다는루머(혹은 사실?)도 떠 돌았을 정도로 그 파급 효과는 엄청났다. 하지만 그 실험을 재현하려는 시도는 실패했고 미국물리학회는상온 핵융합을 실패로 규정했다. 그 후 상온 핵융합은 그동안 사이비 과학의 대명사로 오명을 떨쳐왔고 주류 물리학계는 이 연구에서손을 뗀다. (노벨상 수상자인 쉬빙거는 상온핵융합을 지지했으나 그의 논문도 주류 저널에서 심사를 통과하지 못했다.) 물론 상온핵융합을 그후에도 계속 연구하는 이들이 있었고 오명을 떨치기위해 상온핵융합(cold fusion)이라는 말대신 저에너지 핵반응(Low Energy Nuclear Reaction, LENR)이나 응집물질 핵과학 (Condensed MatterNuclear Science)이라는 이름을 사용한다. 주류에서 소외되었음에도, 성공시의 커다란 대가 때문에, 이 연구를 지원한곳은 많았다. 1990년부터 1998년까지 일본의 도요타 자동차는 폰스와 플라이쉬만에게 1천2백만 파운드를 투자했고1992년부터 1997년까지 일본의 경제산업성은 2천만 달러를 그리고 인도 정부도 상당액을 투자했으나 결국은 모두 손을 털고말았다. 그럼에도 불구하고 꾸준히 새로운 후원자가 나타나 최근의 실험 결과 발표에 이르렀다. 하지만 아직도 그 진위는 확실히모른다. 상온 핵융합에는 두가지가 있다. 하나는 폰스와 플라이쉬만의방법이고 다른 하나는 1989년 폰스와 플라이쉬만 그룹과동시에 발표하기로 해놓고 뒤통수를 맞은 브리검 영 대학교의 존스(Jones)의 뮤온을 이용한 방법이다. (존스는 후에 911음모론을 주장한 사람으로 유투브의 동영상에 자주 나온 사람이다.) 뮤온을 이용한 방법은 팔라듐을 이용한 것과 달리 이론적으로그리고 실험적으로 설명이 되는 방법이다. 이 방법을 연구한 사람으로는 구소련의 유명한 물리학자 사하로프부터 잴도비치, 알바레즈등의 유명한 학자들이 있으며 전자기학 교과서로 유명한 잭슨 (J.D. Jackson)이 이 분야의 중요한 논문을 썼다. 하지만애석하게도 잭슨의 논문은 이 방법은 연쇄반응이 되지않아 경제성이 없다고 결론내린다. 어쨌든 상온핵융합은 고온핵융합보다 갈길이 더멀다. 상온 핵융합이 불가능하다고 주장하는 이들의 모토는 "차 한잔 끓여줘."이다. 차 한잔 끓일 정도의 열이나 만들수 있느냐는 비아냥이다. (그림을 보시려면 여기를 클릭)