스크랜튼학부 최강신 교수, 중력 측정으로 끈이론 검증 방법 제시
스크랜튼학부 최강신 교수가 정밀한 중력 측정을 통하여 끈 이론을 검증할 수 있는 방법을 제시했다. ‘모든 것의 이론(Theory of Everything, ToE)’의 유력한 후보 가운데 하나인 끈 이론의 실험적 예측 방법을 제안한 본 연구는 물리학 최고 권위 학술지인 <Physical Review Letters> 8월 5일자에 게재됐다.
끈 이론은 자연의 기본 단위를 점 입자가 아닌 끈으로 보는 이론이다. 이전의 물리학 이론들이 쿼크(원자핵을 이루는 최소단위)나 전자를 점입자로 나타냈다면, 끈 이론은 자연의 기본 힘과 물질 입자를 하나의 단위로 통합해 이를 끈의 모양과 진동으로 설명한다.
기존의 끈 이론 연구에서는 작은 끈이 큰 크기에서 어떻게 현재 관찰되는 입자로 유도되는지를 적확하게 설명하는데 주로 노력을 기울였으나, 새로운 실험적 예측을 제시하지는 못했다. 최강신 교수팀은 끈 이론을 실험으로 검증할 수 있는 방안으로 중력을 매개하는 중력자의 성질을 관찰하는 방식을 최초로 제시했다.
일반 상대론에 따르면 중력은 중력자가 매개한다. 끈은 중력자 뿐 아니라, 상호작용의 크기를 제어하는 스칼라 입자인 딜라톤(dilaton)과 끈의 전하로 갖는 칼브-라몽(Kalb-Ramond) 입자도 동시에 예견한다. 이들은 모두 끈의 규칙적인 진동을 통하여 나오기 때문에 대칭성을 갖고 서로 상호작용한다. 이러한 추가 입자들의 영향으로 끈이론의 중력은 기존 중력과는 다른 양상으로 전달된다.
중력은 매우 약한 힘이나, 큰 천제의 영향을 통하여 관측된다. 여러 행성의 궤도 근일점 세차 운동(perihelion precession) 주기나 빛이 행성 중력 때문에 느려지는 효과(Shapiro time delay) 등은 이러한 중력 변형을 정밀하게 측정할 수 있는 효과이다. 연구팀은 이 과정에서 천체 구성 물질의 상대론적 효과가 중요함을 증명했다.
한국연구재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과를 담은 논문 「Post-Newtonian Feasibility of the Closed String Massless Secto」은 최강신 교수가 제1저자로, 서강대학교의 박정혁 교수가 교신저자로 참여했다.
최강신 교수는 서울대학교에서 이론물리학을 공부하고 박사학위를 받았으며, 독일 본(Bonn) 대학교, 교토대학교, 한국고등과학원을 거쳐 2012년 스크랜튼학부에 부임했다. 끈 이론에서 입자 물리학의 표준모형을 끈 이론에서 설명하는 연구와 일반 상대성이론을 초대칭으로 확장한 초중력 형채에 대한 연구를 수행하며 40여 편의 논문을 발표했다. 저서 『왼손잡이 우주』(2022), 『우연에 가려진 세상』(2018), 『빛보다 느린 세상』(2016)과 공저 『Quarks and Leptons from Orbifolded Superstring』(2020) 등을 출간하며 물리 대중화에도 앞장서고 있다.