쿼크 이론의 창시자는 겔만이었다. 겔만은 14세에 컬럼비아 문법 및 예비학교를 수석으로 졸업했다고 한다. 그리고  그 후에 예익 대학에 입학했으며, 예일대 재학 중에는 윌리엄 로웰 퍼트넘 수학 경시대회에 참가해 2등상을 수상했다고 한다. 예익대에서 물리학 학사 학위를 받고, 대학원 공부를 한다. 하버드도 합격했지만, 하버드 대학은 재정 지원이 충분하지 않았다고 한다. 결국 겔만은 MIT에 입하 허가를 받았고 거기서 조교를 하면서 필요한 재정을 지원받을 수 있었다고 한다. 겔만과 강입자의 정리에 대한 내용 다음에 '겔만의 쿼크모형'에 대한 내용이 나온다. 

 1964년 겔만과 츠바이크는 독립적으로 양성자나 중성자 등의 강압자들이 세 개의 기본 입자로 이루어져 있다고 생각했다고 한다. 겔만은 이 기본 입자를 쿼크라고 불렀고, 프바이크는 이 세 입자를 에이스라고 불렀다고 한다. 하지만 과학자들은 쿼크라는 이름을 더 좋아했다고 한다. '쿼크'라는 표현에 의미가 있을 줄 알았는데, 알고보니 특별한 뜻은 없다고 한다. 겔만이 제임스 조이스의 소설 '피네간의 경야'를 읽다가 거기서 나온 문장 속에서 찾은 단어라고 한다. 이렇게 쿼크라고 불렀다는 것이 뭔가 신기하면서도 신선했다 왠지 밴드 이름을 붙이는 것을 이야기하는 것과 같은 느낌이랄까, 쿼크모형이라는 표현이 엄청 뭔가 어렵게 느껴졌는데, 이렇게 이름을 붙였다고 하니 뭔가 좀 쉽게 다가왔다. 

 "양성자와 중성자는 매우 비슷한데 왜 질량이 조금 다를까?", "어떤 대칭성이 숨어 있는 건 아닐까?" 겔만은 이러한 질문들을 던지며 입자들이 수학적으로 어떤 대칭군과 관련이 있다고 생각했다고 한다. 도서의 표지에서부터 적혀 있는 '노벨상 수상자들의 오리지널 논문'은 대화형식의 과학 수업 내용의 뒤, '만남에 덧붙여' 부분에서 확인할 수 있다.

 어쩌면 노벨상 수상자들의 논문을 다루는 것부터 마냥 쉬운 내용의 도서는 아니라고 예상했을 수도 있을 것 같다. '세상에서 가장 쉬운 과학 수업' 시리즈는 전반적으로 그냥 아무 생각없이 읽어도 되는 쉬운 책이라고 말하기는 어렵다. 그렇지만, 어렵게만 느껴지는 내용을 이해하며 알아가고 읽어갈 수 있도록 대화 형식으로 구성하면서도 내용도 놓치지 않은 유익한 책으로 소개할 수 있을 것 같다. 그럼, 도서를 만나 읽어가며 쿼크모형에 대해 알아가는 유익한 시간이 되시길 바란다. 

작년 10월에도 어김없이 노벨상 수상자들을 발표했다. 우리나라에서는 아직 한 명도 나오지 않은 노벨 과학상 수상자, 옆나라인 일본에서는 스스무 기타가와 교토대 교수가 노벨 화학상을 수상하여 축제 분위기였다. ＜세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형＞의 서문에 나온 것처럼, 과학 꿈나무들이 이 책을 열심히 읽고 언젠가 우리나라에서도 노벨 과학사 수상자들이 나오길 바란다. 

정완상 교수가 커다란 꿈을 안고 집필한 책인 만큼, 이 책에는 독자들의 높은 수준과 요구 사항에 맞춰 노벨상 논문을 이해하기 위해 필요한 '수식'들이 나와 있다. 일반 과학 교양서들이 수식이나 어려운 학문적 용어들을 너무 배제하여 해당 내용을 제대로 다루지 못하는 것과 반대이다. ＜세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형＞은 새롭게 알아가는 즐거움을 느끼면서 지적 도전을 하고 싶은 이들에게 추천하는 책이다.

＜세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형＞의 앞 부분에는 노벨 과학상을 수상한 저명한 과학자의 인터뷰가 나와 있다. 이번에 인터뷰를 한 분은 점근적 자유 모형으로 2004년 노벨 물리학상을 수상한 '윌첵 박사'로 천재적인 직관으로 입자물리학을 체계화시킨 '겔만의 쿼크모형 논문'에 대한 내용이 간단히 나와 있다.

그가 쓴 논문은 짧지만, 입자물리학의 판도를 완전히 바꾼 혁명적인 선언문이었습니다. 거기에는 우리가 알고 있는 양성자, 중성자 같은 입자가 사실은 더 기본적인 입자인 쿼크 3개로 구성되어 있다는 이론을 제안합니다. 당시엔 실험으ㅇ로 관측되지도 않은 입자들을, 단지 수학적 대칭성과 패턴을 통해 예측한 것이죠.

…중략…

하지만 시간이 지나면서 겔만의 이론은 점점 더 많은 입자 간 관계를 설명해 주었어요. 결국 입자물리학의 주류 이론인 표준모형의 기초가 되었습니다. 겔만이 아니었다면 오늘날의 입자물리학도 없었을 겁니다.

-＜세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형＞ 윌첵 박사 인터뷰 중에서-

인터뷰를 통해 겔만이 1964년의 논문을 통해 과학사에 어떤 업적을 남겼는지, 물리학에서 그 이론이 가진 의의가 무엇인지 대략 파악할 수 있다. 

쿼크모형이 나오는 데 큰 도움을 준 '사카타 모형'이라는 것에 대해 알아본 후 쿼크모형의 창시자 겔만의 생애와 연구에 대해서도 이야기한다. 물리학자들이 새롭게 발견된 중간자와 중입자를 여덟 개씩 짝 지어 배열한 모형 배치와 오메가 입자에 대한 설명이 앞서 나오고 쿼크 사이의 관계를 완벽하게 묘사한 '다이어그램'에 대해서 설명한다. 이후 쿼크모형의 진화, 쿼크모형에 대한 노벨상 영어 논문까지 최종적으로 알아보며 책을 마무리한다. 

2025년은 정완상 교수가 느꼈던, 과학에 대한 즐거움을 함께 공유할 수 있어서 더 뜻깊은 한해였다. 완벽히 노벨상 논문을 이해하지 못했더라도 그 과정 하나가 모두 재미있었고 예전에 배웠던, 그러나 의미없고 어렵게만 느껴졌던 수학 이론들이 이렇게도 쓰였다는 것을 깨달을 수 있었다. 많은 이들이 과학과 수학을 더 사랑하게 되기를 바라면서 '세상에서 가장 쉬운 과학'시리즈의 마지막 서평을 끝낸다.

이미 여러 과학도서에서 그 이름을 자주 접한 정완상 박사님의 이번 책 ＜세상에서 가장 쉬운 과학 수업 쿼크모형＞은 입자물리학의 거대한 여정을 청소년과 일반 독자가 이해할 수 있도록 생생하게 풀어낸 책이다. 입자가속기의 발명에서 시작해 쿼크의 발견과 표준모형의 탄생까지, 20세기 중반 물리학자들이 원자와 원자핵을 넘어 더 작은 세계로 눈을 돌려 펼친 탐험이 흥미진진하게 펼쳐진다. 단순한 과학 교양서가 아니라, 과학자들의 실제 논문과 연구 과정을 통해 ‘과학이 어떻게 발전하는가’를 체험할 수 있게 만든 점이 이 책의 가장 큰 매력이 아닌가 싶다.

책은 먼저 입자가속기의 발명과 발전을 다루며, 콕크로프트와 월턴, 밴더그래프, 로런스 등의 연구를 통해 입자를 가속하고 충돌시키며 새로운 현상을 발견하는 과정을 상세히 보여준다. 이후 군과 대수, 아이소스핀과 같은 입자의 성질을 설명하는 수학적 도구를 알기 쉽게 소개하면서, 읽는 이들이 단순히 입자의 이름과 질량을 외우는 것이 아니라 그 구조와 상호작용의 원리를 이해하도록 돕는다. 이어 새로운 입자들의 발견과 특징, 기묘도와 중간자, 경입자,중입자의 구분 등 실제 입자물리학의 역사를 흥미로운 이야기로 풀어내고 있다.

책의 중심에는 겔만이 제안한 쿼크모형이 있다. 당시 ‘입자 동물원’처럼 혼란스러웠던 강입자와 중간자 세계에 질서를 부여하며, 양성자와 중성자가 u, d, s 쿼크로 구성되어 있다는 아이디어를 들려준다. 또한 참 쿼크, 보텀 쿼크, 톱 쿼크의 발견과 글루온을 통한 강력의 매개, 점근적 자유까지 연결하며 현대 표준모형의 뼈대를 자연스럽게 이해하도록 안내하고 있다. 흥미로운 것은 모든 설명이 대화체로 진행되어, 마치 교수와 학생이 직접 질문하고 답하는 듯한 방식으로 과학적 개념과 역사적 맥락이 전달된다는 점이다.

특히 책 곳곳에 만화로 그려진 페이지가 포함되어 있어, 청소년 독자들이 과학 개념을 시각적으로 이해하며 더 흥미롭게 읽을 수 있게 하고 있다. 정완상 교수의 기존 ‘과학공화국 시리즈’ 덕분에 이미 많은 청소년들이 과학에 흥미를 갖게 되었고, 이번 책도 그 연장선에서 자연스럽게 과학에 대한 호기심을 자극한다고 볼 수 있다.

정완상 교수는 단순히 이론을 나열하지 않고, 과학자의 삶과 연구 과정, 논문 작성과 발표 과정까지 담아내며 과학자들의 인간적인 면모와 탐구 정신을 보여준다. 한무영, 이휘소 교수 등 한국 과학자의 업적도 소개하면서, 노벨 과학상 수상자를 꿈꾸는 청소년에게 의지를 다지게 한다. 부록으로 수록된 오리지널 논문과 노벨상 수상자 목록은 독자가 더 깊이 탐구할 수 있는 길을 열어주는 역할을 한다.

결국 이 책은 단순히 쿼크와 입자를 배우는 교양서가 아니다. 보이지 않는 것을 믿고, 수식과 실험으로 증명하는 인간 이성의 힘을 보여주는 기록이다. 입자물리학에 흥미가 있거나, 과학자의 사고와 연구 과정을 이해하고 싶은 모든 이들에게 꼭 읽어보길 권한다.