과거 50년간 소립자물리학은 대단한 진보를 이룩했다. 양성자나 중간자는 소립자가 아니며 그 대신 쿼크가 등장했다. 그뿐만 아니라 지금까지 관계가 없는 것으로 간주되었던 각종의 힘도 통일될 가능성이 생겼다. 더욱 놀라운 일은 극대의 세계인 우주 전체의 역사를 극소 세계의 문제와 떼어놓을 수 없게 되었다는 점이다.

소립자물리학의 목적은 물질의 궁극적인 구조와 그것을 지배하는 기본 법칙을 밝히는 일이다. 이 책은 소립자물리학이 지난 50년간 어떻게 발전해 왔으며, 현재 어떤 일들을 알고 있는가를 꽤나 구체적으로 또 계통적으로 설명한다. 최신 지식을 기성의 것으로 소개하기보다는, 차라리 물리학자가 어떤 사고방식을 밟아 현재의 위치에 도달하게 되었는가를 설명하는 데에 중점을 둔 것이다. 물론 어느 정도의 전문지식을 가정하지 않고서 이 일을 한다는 것은 무리이지만, 적어도 연구가 어떤 과정을 갖는지 이해해준다면 좋을 것이다.

일본의 도쿄부에서 태어나 2살때 후쿠이현, 후쿠이시에 이사했다. 1970년에 미국에 귀화했다. 1970년 에고토 테츠오(와)과 함께 남부 고토의현이론(끈이론)의 제안을 행했지만, 올바르지 않은 것이 증명되었다. 하지만 초대칭성 를가미한 현이론(초현이론)에 의해 다시 한번 학계의 주목을 받았다. 1978년 문화 훈장수훈, 1982년에는 미국 과학계 최고봉의 영예로 여겨지는 미국 국가 과학상을 수여 받았다. 2008년 현재, 시카고 대학 물리과학 대학원 물리학과 및 같은 대학 학원의 엔리코·페르미 연구소에 있어 하리·플랫·쟈드손 수훈 명예 교수,오사카 시립대학명예 교수, 후쿠이시 명예 시민등의 칭호를 가지고 있으며, 「자발적 대칭성의 파괴」의 발견으로 2008년 노벨 물리학상을 수상하였다.

머리말


1장 소립자란 무엇인가?
해답이 있는지 없는지조차도 모르는 질문
무엇인가 불변하게 보존되는 것이 있다
정말로 있을까?

2장 쿼크와 렙톤
아무도 발견하지 못한 색다른 기본 입자―쿼크
무거운 입자, 가벼운 입자, 그 중간의 것
입자의 ‘크기’란?
산란 실험으로 알 수 있는 일

3장 쿼크를 찾아서
양성자, 중성자의 구조
분수 전하를 갖는 입자 찾기

4장 여러 가지 입자가속기
세게 두들기면 세게 울리는 오묘한 자연
입자가속기의 원리
충돌빔 방식―카운터펀치의 위력

5장 유카와 이론의 탄생
원자에서 원자핵으로
유카와의 중간자 이론
상대론적 양자역학
중간자에 이르는 발상
1930년대

6장 새 입자의 출현
쿨롱형과 유카와형
π중간자
2중간자 가설에서 파이중간자 발견까지
V입자의 극적인 등장
모든 일을 시도해 본다

7장 소립자의 규칙성과 보존법칙
나카노-니시지마-겔만의 법칙
착상의 열쇠
강한 상호작용과 아이소스핀의 보존
πN의 3-3 공명 상태

8장 대칭성과 보존법칙
대칭성이란?
패리티의 비보존
CP의 파탄
자연법칙은 시간반전에 대하여 불변한가?

9장 하드론의 복합 모형
기본 입자에의 기대
페르미와 양의 복합 모형
소립자 세계에 있어서의 ‘소’와 ‘복’
사카타 모형

10장 쿼크 모형
사카타 모형과의 차이
쿼크 모형에 있어서의 바리온
예언 그대로의 Ω-입자 발견

11장 쿼크 모형의 진화
쿼크 복합계 모형
원자핵과의 유사성
쿼크는 색깔과 향기로 구별한다
9개의 쿼크에 의한 모형
색깔이 있는 하드론은 없는가?
쿼크, 정수하전의 가능성을 추적
뜻밖의 사건, J/ψ

12장 참과 그것에 계속되는 것
자연의 심오함을 가리키는 J/ψ입자
J/ψ입자의 정체
쿼크 모형을 완비하게 한 네 번째 쿼크 c
자연은 또다시 인간의 지혜를 앞질렀다
렙톤은 6종류, 쿼크는 적어도 5종류

13장 끈이 달린 쿼크
하나의 패러독스
하드론의 끈 모형
끈이란 무엇인가?

14장 파톤 이론
하드론은 부드럽다
무한소의 점 입자
파인만의 파톤 모형
쿼크 모형과의 비교

15장 도모나가의 재규격화 이론
새로운 현상을 쫓아가기에도 바쁜 소립자물리학
양자전자역학
무한대의 자기에너지
체념의 효용―재규격화 이론

16장 QCD―색의 양자역학
중간자론에서 색의 역학으로
게이지장이란?
색역학
쿼크를 결합시켜주는 풀―글루온
점근적 자유성
윌슨의 격자 이론

17장 대칭성의 자연 파탄
대칭성이란 무엇인가?
대칭성의 자발적인 파탄
자발적인 파탄의 흔적―NG파
초전도는 대칭성의 파탄
쿼크 질량의 유래―NJL 모형

18장 약한 상호작용의 기울어진 뼈대
신의 실수?
약한 상호작용이란?
약한 상호작용의 질서성
참쿼크가 있을 터인데?

19장 와인버그-살람의 통일 이론
유카와 중간자를 넘어서
W보손
전자기력과 약한 힘의 통일에로
초전도 현상과의 대비

20장 통일장의 이론
세 힘의 통일
터무니없이 큰 에너지―그러나 무의미하지만은 않다
아인슈타인이 이루지 못한 꿈
세 가지 힘과 물질 입자의 통일 이론

21장 대통일 이론을 위한 프로그램
마지막 질문
조자이-글래쇼의 대통일 이론
쿼크나 렙톤보다 더 아래층의 입자는 존재하는가?
놀라운 귀결―모든 물질이 불안정하다!
소립자론과 우주론의 융합
순간 속에 살면서도 우주나 물질의 끝에서 끝까지를 알아낼 수 있는 인간 사고의 신비성

용어 해설