오랜 기간 이 문제에 대한 답은 'NO'(아니다)였다. 그러나 1998년 'YES'(그렇다)고 답한 사람이 있었으니 바로 올해 노벨 물리학상을 수상하게 된 일본의 가지타 다카아키(梶田隆章· 56) 도쿄(東京)대 교수다.
이 물질은 '중성미자(neutrino)'라고 불리는데, 전기적으로 중성이며, 물체를 뚫고 비행하한다. 다른 물질과 전혀 반응하지 않기 때문에 '유령입자'라고 불린다.
중성미자는 우주 만물을 이루는 기본 입자 중 하나로, 137억년 전 대폭발(Big Bang)로 우주가 탄생한 직후에도 나왔으며, 태양의 핵융합 반응이나 원전의 핵분열 반응에서도 나온다. 중성미자에는 3가지 종류(전자, 타우, 뮤온)가 있다.
물질의 가장 작은 단위 소립자 중 하나인 중성미자는 과학계에서 오랜 동안 질량이 없는 것으로 여겨졌다.
그러나 오랜 기간의 믿음을 깬 것이 바로 가지타 교수다. 그는 뮤온 중성미자가 지구를 관통해 1만㎞ 이상을 이동하는 과정에서 타우 중성미자로 바뀐다는 것을 발견했다.
가지타는 이것을 '중성미자(뉴트리노) 진동' 현상이라는 것으로 인식했다.
물질이 변한다는 것은 어떤 의미일까? 그것은 그 물질에 무게(질량)이 있어 형태를 바꾼다는 것을 의미한다. 1998년의 발견이다.
그의 발견은 우주의 성립이나 물질의 기원을 규명하는 데 큰 영향을 주었다.
올해 노벨 물리학상 공동 수상자인 캐나다의 아서 맥도날드(72) 교수도 1999년 퀸스대학 서드베리 중성미자 관측소에서 검출기에 의해 중성미자가 발견됐다고 발표했다.
가지타 교수는 어떻게 중성미자 연구를 하게 된 것일까.
그는 도쿄대 대학원에 진학하며 "어쩐지 흥미가 있었던" 소립자를 연구 주제로 선택했다. 그는 기후(岐阜)현의 옛 가미오카(神岡) 광산 자리에 건설된 관측 장치인 '수퍼 가미오칸데'에서 실험을 했다. 수퍼 가미오칸데는 폐광산 지하 1㎞에 만든 중성미자 검출기다.
그는 수퍼 가미오칸데에서 우주에서 쏟아지는 우주선(線)이 지구의 공기에 부딪혀서 생기는 중성미자를 관측했다. 중성미자 관측수가 이론적인 예측과 비교해 크게 부족한 것을 알게 됐다. 중성미자가 이동 중 '중성미자 진동'현상에 의해 형태를 바꿨기 때문이다. 그것이 이번 수상의 이유가 됐다.
중성미자의 연구에서 일본인이 물리학 상을 받는 것은 2002년의 고시바 마사토시(小柴昌俊) 도쿄대 특별명예 교수에 이어 2번째다. 가지타 교수의 스승이기도 한 고시바 교수가 노벨 물리학상을 수상한 것도 초신성에서 날아온 중성미자를 1987년에 처음 잡아낸 공적이었다.
가지타의 학창시절은 어땠을까.
가지타가 졸업한 가와고에(川越) 고등학교 동창생이자, 현재 이 학교 화학 교사로 재직하고 있는 니츠 마사유키(57)는 가지타와 같은 궁도부였다. 니츠는 "뛰어난 성적은 아니었지만, 굉장히 반듯했다. 궁도부에서는 연습도 열심히 했고, 고교 3학년 6월 마지막 대회까지 남아있었다"고 가지타의 고교시절을 회상했다. "올해 2월 동기 몇 명과 5~6년 만에 만나 술을 마셨지만, 노벨상에 대한 화제는 나오지 않았다"고 말해 예상치 못했음을 시사했다.
궁도부의 동급생이었던 타지 야스히로(58)은 "매일 연습을 열심히 해서 사이타마(埼玉) 대학에 가서도 궁도를 계속했다. 온화한 성격으로 화를 내는 것을 본 적이 없다. 2002년 노벨 물리학상을 수상한 고시바 마사토시의 제자라는 것은 알고 있었지만, 설마 노벨상을 받다니. 축하한다"며 놀라움을 나타냈다.
가지타 씨는 수상 결정 후 기자회견에서 "이 연구는 인류 지식의 지평선을 확대하는 것이다"면서 "순수과학이 스포트라이트를 받게되어 기쁘다"고 말했다.
일본의 노벨상 수상은 전날 의학 생리학상 수상이 확정된 오무라 사토시(大村智) 키타사토(北里)대학 명예교수에 이어24번째다. 물리학 상은 지난해 아카 사키 이사무(赤崎勇메이조(名城)대 종신교수와 아마노 히로시(天野浩) 나고야(名古屋)대학 교수, 나카무라 슈지(中村修二) 미국 캘리포니아 산타 바바라 캘리포니아대 교수에 이어11번째다. 시상식은 12월 10일 스톡홀름에서 열리며, 상금 800만 크로나(약 1억 1200만엔)는 수상자 둘이서 나눈다.
가지타 다카아키(梶田隆章)는 1959년 사이타마(埼玉)현에서 태어나 1981년 사이타마대 이학부를 졸업. 1986년 도쿄대 대학원 이학계 연구과 박사 과정을 수료, 1999년 도쿄대 교수, 2008년 도쿄대 우주선 연구소장이 됐다.
아서 맥도널드(72)는 1943년 캐나다 태생으로 1969년 미국 캘리포니아 공대에서 박사 학위를 취득, 미국 프린스턴대 교수, 캐나다 퀸스대 교수 등을 지냈다. 현재 퀸스대학 명예 교수, 캐나다의 베리 중성미자 관측소장이다.
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