그 스승에 그 제자…노벨물리학상이 노벨물리학상을 낳다
그 스승에 그 제자…노벨물리학상이 노벨물리학상을 낳다
  • 김종현
  • 승인 2020.06.10 21:10
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대구, 노벨상을 품자 - (18) 크게 작용하는 변수들
1948년 수상자 ‘패트릭 블래킷’
1950년 수상자 ‘세실 파월’
1951년 수상자 ‘콕크로프트’
스승이 노벨물리학상 수상자
패트릭, 해군 전역 후 물리학 매료
핵물리학·우주방사선 분야 공로
세실 파월, π 중간자 발견
핵 과정 사진기법 발명 성과
콕크로프트, 원자핵 파괴 실험
노벨상-대학
 

◇ 포스트닥터 연수(Post-Doc Training)로 유럽 유수 대학학자와 교류

1945년, 오스트리아 이론물리학자인 볼프강 에른스트 파울리(Wolfgang Ernst Pauli, 1900~1958)는‘파울리 배타 원리를 발견한 공로”에 대해 단독 수상자로 노벨물리학상을 받았다.

그는 오스트리아 빈(Vienna, Austria-Hungary)에서 명망 있는 유대인 화학자 볼프강 조지프 파울리(Wolfgang Joseph Pauli, 1869~1955)의 아들로 태어나 1918년 되블링어 김나지움을 졸업했다.

고등학생으로 아인슈타인의 상대성원리에 정통했으며, 상대성이론을 배우고자 뮌헨의 루드비히-막시밀리안 대학(Ludwig-Maximilians University)에 입학했으며, 19세에 200페이지의 설명 논문을 작성해 아인슈타인을 경악하게 했다. 뮌헨 대학교(University of Munich)에서 아널드 조머펠트(Arnold Sommerfeld) 교수의 지도를 받아‘이온화된 수소 분자에 관한 양자 이론(About the Hydrogen Molecular Ion Model)’학위논문으로 1921년 7월에 박사학위를 취득했다.

박사후 연구과정(post-doc course)으로 괴팅겐 대학교의 막스 보른(Max Born)의 조수, 코펜하겐 대학교(University of Copenhagen)의 닐스 보어(Niels Bohr)와 공동연구, 함부르크대학교(University of Hamburg)에서 강의를 시작했다.

이 연수 기간에 현대 양자역학(Modern Quantum Mechanics)에 관심을 두고 배타 원리를 구상해 이론적 확립을 했다. 1928년 취리히 연방공과대학교(FETH Zurich) 교수로 임명되었고, 제2차 세계대전 중 프린스턴 고등 연구소(Institute for Advanced Study, Princeton University)에 객원교수를 지냈으며, 종전 후에 취리히 연방공과대학 교수로 복귀했다.

◇ 물리 실험에 매료된 해군 장교가 은사님처럼 노벨물리학상 수상자

1948년, 영국 물리학자 패트릭 메이너드 스튜어트 블래킷(Patrick Maynard Stuart Blackett, 1897~1974)은“윌슨의 안개상자 방법의 발전, 핵물리학과 우주방사선 분야의 발견”이란 공로로 노벨물리학상을 받았다. 그는 영국 잉글랜드 런던(London, England)에서 태어났으며 모형 비행기와 라디오가 그의 주된 취미였다. 1911년 오즈번 해군대학(Osborne Naval College)에 입학한 그는 1914년 제1차 세계대전이 발발하자 해군 장교로 참가하여 케이프 버드 아일랜드(Cape Verde Islands)로 배치, 유틀란트 해전(Battle of Jutland)에 참전했다.

1918년 5월에 해군을 전역하고 1919년 1월에 일반교육과정으로 케임브리지대학교(Magdalene College, Cambridge)에 교육 파견되었다. 이때 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory)를 견학한 그는 연구에 몰두하고 있던 1908년 노벨물리학상 수상자 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937) 교수와 대화를 나누고 물리 실험에 매료되어 수학과 물리학을 연구하고자 해군을 전역했다.

1921년 케임브리지 모들린 칼리지(Magdalene College, Cambridge University)를 졸업하고, 캐번디시 연구소(Cavendish Laborator)로 옮겨서 10년 동안 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)와 연구를 했다. 1923년부터 1933년까지 킹스 칼리지(King‘s College, Cambridge)의 교수로 재직하였다.

1925년 윌슨의 구름 상자(cloud chamber)를 통한 이온화 분자를 연구해 실험 논문을 발표했다. 1924년부터 1925년까지 독일 괴팅겐 대학에서 제임스 프랑크(James Franck, 1882~1964)와 원자스펙트럼(atomic spectra)을 연구했다. 1932년 주세페 오키알리니(Giuseppe Occhialini, 1907~1993)와 공동연구로 구름 상자에 고지 에너지 우주선 분자(high energy cosmic ray particles)가 접촉할 때에 사진을 촬영할 수 있는 가이거 계수기(Geiger counters)를 제작했다. 1933년 양전자의 존재 확인(existence of the positron)과 양전자와 전자쌍 생성에 반하는 나선형 흔적(recognizable opposing spiral traces)을 발견했다.

런던대학교 버벡 대학(Birkbeck College, University of London)으로 옮겨 4년 동안 물리학 교수를 역임했다. 1937년 맨체스터 빅토리아 대학교(Victoria University of Manchester) 교수로 자리를 옮겼다. 1953년 런던의 임페리얼 칼리지(Imperial College London) 물리학 과장 및 교수가 되었으며 1963년 퇴임했다.

◇ 노벨물리학상의 산실 케임브리지대학교 캐번디시연구소에서

1950년, 영국 물리학자 세실 프랑크 파월(Cecil Frank Powell, 1903~1969)은“중간자의 발견과 핵 과정의 사진 기법을 발명한 공로”로 노벨물리학상을 받았다.

그는 영국 켄트 톤 브리지(Tonbridge)에서 태어나 톤 브리지 쥬드 스쿨(Judd School, Tonbridge)을 졸업하고, 케임브리지대학교 시드니 서식스 칼리지(Sidney Sussex College, Cambridge University)에 입학해서 1925년에 자연과학의 학사학위를 받았고, 학업을 지속해 1927년도 노벨물리학상 수상자인 찰스 톰슨 리스 윌슨(Charles Thomson Rees Wilson, 1869~1959) 교수의 지도를 받아 1927년 박사학위를 받았다.

케임브리지대학교 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory, Cambridge University)에서 찰스 톰슨 리스 윌슨(Charles Thomson Rees Wilson)과 1908년 노벨물리학상 수상자인 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)) 교수의 연구조교를 하면서 박사후 연수 과정(post-doc course)을 마쳤다.

브리스틀 대학교(University of Bristol)로 옮겨 1928년에 조교수, 1948년 정교수로 승진했으며, 1950년 노벨물리학상을 수상했다. 1964년 브리스틀 대학교 윌스 물리학연구소(H. H. Wills Physical Laboratory) 소장을 역임했다. 주요 연구는 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory, Cambridge University) 시절에 응축 현상, 증기 급팽창에 의한 과포화 상태, 이온의 이동도, 코크로프트-월턴 가속장치(Cockcroft Walton accelerator)를 설치, 중성자·양성자 산란 연구, 원자핵과 우주선의 실험적 연구가 있다.

1938년부터 사진건판(photographic plates)을 이용해 우주선의 고에너지 중양성자의 산란과 붕괴 현상을 연구했다. 고지 우주선(high-land cosmic rays)을 관측하고자 안데스 피레네 혹은 융프라우(Andes, Pyrenees or Jungfrau) 등 현지에서 실측했다. 1947년 π중간자 발견과 붕괴 과정을 규명했다. 브리스틀 대학 시절(University of Bristol))에 양이온 이동성 측정, 원자핵 산란 연구를 위한 코크로프트 생성기(Cockcroft generator) 개발, 특화된 감광유제 (photographic emulsions) 이용, 특수 고안된 풍선을 이용한 우주방사선 측정, 1946년 파이온(pion)을 발견했다.

◇ 연구 동료와 같이 노벨물리학상 수상자로

1951년, 영국 물리학자 존 더글러스 콕크로프트 경(Sir John Douglas Cockcroft, 1897~19967)은 “인위적으로 가속한 원자핵의 핵변환에 대한 연구한 공로”로 노벨물리학상을 받았다. 그는 영국 북잉글랜드 토드모던에서 태어나 1901년부터 1908년까지 교회학교(Church of England school in Walsden)에서, 1908년부터 1909년까지 초등학교(Todmorden Elementary School)에서, 1909년부터 1913년까지 중학교(Todmorden Secondary School)에서 수업을 받았다.

1914년 맨체스터 대학교(Victoria University of Manchester)에 합격해 수학을 전공한 다음 1915년 12월에 영국 육군에 입대해 제1차 세계대전에 종군했다. 병역을 마치고 1919년 1월 맨체스터 대학으로 복귀해서 전기공학을 전공하고 1920년에 학사학위를 받았다.

그 후 케임브리지대학교 세인트 존스 칼리지(St. John‘s College, University of Cambridge)에 입학해서 다시 수학을 전공했으며 1922년 6월 학위논문“교류에 대한 고조파 분석(Harmonic Analysis for Alternating Currents)”으로 석사학위를 받았다.

그리고 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937) 교수의 지도 아래 “표면상의 분자 흐름의 응축 현상에서 발생하는 현상(On phenomena occurring in the condensation of molecular streams on surfaces)” 학위논문으로 1925년 박사학위를 취득했다.

박사후 연수과정(post-doc course)으로 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory)에서 1908년 노벨물리학상 수상자 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937) 박사 밑에서 속칭 “노벨상 수상자의 고차방정식(High-Level Equation of Nobel Laureates)”이라는 비법인 전기공학의 실용 기술과 고도의 수학을 다시 익혔다.

1939년 케임브리지대학교(University of Cambridge) 교수가 되었으며, 페드루 카피차와 공동연구 프로젝트로 강력 자기장과 저온 연구를 했다. 1930년 조지 가모프(George Gamow, 1904~1968)가 이론으로 제시했던 것을 1932년 어니스트 토마스 월턴(Ernest Thomas Sinton Walton, 1903~1995)과 같이 양성자 700kV로 가속할 수 있는 양성자 가속장치를 고안했다.

이를 이용해 가속화된 양성자를 리튬 핵에 붙여서 2개 알파입자로 변경시켜 인공 가속입자에 의한 원자핵 파괴 실험을 했다. 제2차 세계대전 중에 전쟁물자부 연구소(Scientific Research in the Ministry of Supply)의 부소장을 역임했으며, 그곳에서 영국 핵무기 개발 프로젝트(MAUD Committee)의 원자폭탄에 대한 기술적 타당성(technical feasibility)을 분석했다.

글=정경은<코리아미래연구소 수석연구원>

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