“중성미자, 빛보다 빠르다” 8일 정식 철회키로

‘현대 물리학의 진리’인 알베르트 아인슈타인의 특수상대성 원리에 도전했던 일단의 물리학자들이 있었다. 머릿속에서 모든 것을 풀어 갔던 아인슈타인의 시대에는 상상조차 할 수 없었던 고가의 최첨단 장비로 무장한 이들의 도전은 지난해 물리학계의 근간을 흔들었고, 성공의 9부 능선을 넘은 것처럼 보였다. 하지만 반란은 결국 실패로 돌아간 것으로 보인다. ‘빛보다 빠른 물질은 없다’는 교과서 문구를 바꿀 수 있었던 유럽입자물리연구소(CERN) 연구팀의 실험 결과는 결국 사소한 실수에서 빚어진 ‘오해’이자 ‘해프닝’으로 막을 내리고 있다.

BBC 등 외신들은 CERN을 비롯한 전 세계 연구진으로 구성된 중성미자(뉴트리노) 추적팀 오페라(OPERA)가 지난해 발표했던 “중성미자가 빛보다 빠르다.”는 연구 결과를 오는 8일 일본 교토에서 열리는 뉴트리노·우주물리 국제학회에서 정식 철회할 것이라고 전했다. 중성미자는 현대 물리학에서 만물을 구성하는 물질을 나타내는 표준 모형에서 가벼운 입자에 속하는 물질로, 질량이 거의 없으며 일반 원자와 상호작용을 하지 않아 어느 곳에서나 진공 상태처럼 저항 없이 움직이는 것으로 알려져 있다. 오페라 연구팀은 스위스 제네바의 CERN에서 732㎞ 떨어진 이탈리아 그란사소까지 중성미자를 보내는 실험을 3년간 진행했으며, 중성미자가 빛보다 60나노초 빠르게 목적지에 도착한다는 연구 결과를 지난해 발표했다. 전 세계 물리학계와 언론은 충격에 빠졌다. ‘빛보다 빠른 물질은 없다’는 아인슈타인의 전제가 틀릴 경우 현대 물리학은 잘못된 가설 위에 세워져 있는 셈이 되기 때문이다. 당시 오페라 측은 논문을 공개하기에 앞서 모든 참여자들에게 자발적인 서명을 유도했다. 발표 이후의 파장을 고려한 조치였다. 실험 결과를 인정할 수 없다는 일부 연구진은 논문에서 빠졌다.

오페라의 발표는 화제를 모았지만 긍정보다는 비판이 압도적으로 많았다. 자신이 배워 온 물리학이 틀리지 않았다는 것을 입증하려는 전 세계 물리학자들이 필사적으로 실험의 오류를 찾기 위해 나섰다. 오페라 연구진은 실험 오류 가능성을 반박하기 위해 지난해 11월 다시 실험을 했으나 결과는 같았다. 물리학계는 이후 실험 장치의 설계가 잘못됐거나 기기상의 문제는 없었는지를 살피기 시작했다. 그리고 지난 2월 연구진은 장치 오류 가능성을 찾아냈다. 케이블과 검출기의 컴퓨터가 느슨하게 연결되면서 이동하는 중성미자의 위치와 시간을 재는 GPS 광신호가 수십 나노초 지연될 수 있다는 것이다. 이 경우 중성미자의 속도는 진짜 속도보다 느리게 측정돼야 한다. 반년여에 걸친 아인슈타인에 대한 의심이 풀리는 순간이었다. 물리학자들이 중성미자의 속도를 잰 것은 이번이 처음은 아니다. 미국 페르미연구소나 일본의 슈퍼카미오칸데에서도 중성미자의 속도를 측정하려는 시도가 있었고, 일부에서는 중성미자의 속도가 빛보다 빠른 것으로 나타나기도 했지만 최종적으로는 오차범위 내이거나 실험 오류로 판명됐다.

지난 3월 말 오페라 실험 대변인을 맡고 있던 안토니오 에레디타토 스위스 베른대 교수와 물리분과장 다리오 오티에로 프랑스 리옹대 교수가 사임했다. 실험에 대한 책임을 지기보다는 쏟아지는 물리학계의 비난에 대한 부담 때문으로 알려졌다.

5월 오페라 연구진은 실험장치 오류를 보완해 재실험을 실시했고, 그 결과는 기존 실험과 달랐다. 빛과 중성미자의 빠르기에서 명확한 차이를 발견하는 데 실패했다. 그렇다고 해서 오페라 연구진의 실험이 아무런 의미가 없었던 것은 아니다. 물리학 중에서도 ‘절대 진리’로 여겨졌던 이 분야는 반세기 넘게 학문적 발전이나 토론이 없는 ‘죽은 분야’였다. 감히 아인슈타인에게 도전한다는 것을 상상할 수 없었기 때문이다. 하지만 이번 실험 결과를 두고 전 세계에서 수백 건 이상의 논문이 발표되고, 활발한 토론회와 세미나가 이어졌다. 이런 도전들이 계속된다면 언제가 아인슈타인이 ‘현재를 지배하는 과학자’가 아닌 ‘과거의 과학자’가 되는 날이 올지도 모른다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr