지난 2013년 머리 겔만은 미국 산타페연구소에서 사진을 촬영했다. AP/연합뉴스 제공

물질 기본입자인 ‘쿼크’의 존재를 증명해 입자물리학의 기초를 닦았다고 평가되는 미국의 물리학자 머리 겔만이 지난 24일(현지시간) 별세했다. 향년 90세.

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워싱턴포스트는 25일(현지시간) 소립자구성이론, 장의 양자론, 파인만겔만의 이론 등 여러 업적으로 1969년 노벨물리학상을 수상한 겔만이 미국 뉴멕시코 산타페에 위치한 자택에서 숨을 거뒀다고 전했다. 겔만이 1984년 창립한 미국 산타페연구소의 제나 마샬 대변인이 소식을 전했으며 사인은 공개하지 않았다. 

겔만은 1929년 9월 15일 미국 뉴욕 맨해튼의 한 동유럽 이민자 가정에서 태어나 월반에 월반을 거듭했다. 14세에 고등학교를 졸업하고 18세의 나이가 되는 1948년 미국 예일대 물리학 학사 학위를 취득하곤, 21세의 나이로 미국 매사추세츠공대 물리학 박사 학위를 취득했다. 박사 학위를 취득하자마자 미국프린스턴고등연구소에서 박사후연구원으로 1년간 일했으며 이후 1년간 미국 일리노이대에서 교수로 일했다. 미국 콜롬비아대, 미국 시카고대에서도 교수 생활을 하다 25세가 되는 1955년 미국 캘리포니아공과대 교수로 임용돼 1993년 은퇴할 때까지 일했다.

겔만의 대표적 업적으로는 기묘도와 팔중도, 쿼크에 관한 연구가 꼽힌다. 1954년 제시된 기묘도(Strangeness)는 입자물리학에서 다양한 입자들을 분류하기 위해 겔만과 일본의 물리학자 카주히코 니시지마가 제안한 양자수다. 기묘도는 강한 상호작용과 전자기적 상호작용에 의해 매개되는 모든 과정에서 보존된다. 시그마나 에타 같은 '낯선' 입자는 기묘도가 -1또는 -2이고 양성자나 중성자처럼 기묘하지 않은 입자는 기묘도가 0이 되는 것이다.

1961년 이스라엘의 물리학자 유발 네만과 함께 제시한 팔중도도 대표적인 연구로 손꼽힌다. 팔중도는 다양한 소립자들이 전하와 기묘도를 각각 축으로 한 좌표에서 8개씩의 조로 나눌 수 있다는 것을 보여준 이론이다. 이는 크사이입자, 오메가마이너스입자 등의 미지의 소립자를 발견하는데 기여했다. 

팔중도를 연구하던 겔만은 강입자가 기본입자가 아닌 다른 기본입자로 이뤄진 복합입자여야 한다는 결론에 도달한다. 그는 1964년 물질의 기본입자인 쿼크를 제시하고 그 존재를 증명했다. 아일랜드 작가 제임스 조이스의 소설 ‘피네간의 경야’에서 이름을 따온 쿼크는 현재 발견된 물질을 구성하는 단위 중 가장 작은 입자다. 그전까지 기본입자로 알려졌던 중성자, 양성자, 전자보다 미세하며 물질 형성의 구조를 파악할 수 있다. 쿼크의 존재는 4년 뒤 다른 과학자들의 실험을 통해 실제로 밝혀졌다.

겔만은 1969년 이런 위대한 연구 성과를 올린 공로를 인정받아 노벨물리학상을 수상했다. 1980년대에는 미국 산타페연구소 창립 멤버로 참여해 여러 분야의 연구자들이 모여 복잡계 현상을 연구할 수 있도록 했다. 물리학자들은 크게 직관파(派)와 수학파 두 부류로 나뉘는데 직관파의 대표 물리학자는 노벨상을 두 번 받은 알버트 아인슈타인과 양자컴퓨터의 등장을 예고한 리처드 파인만으로 알려져 있다. 겔만은 양자역학 탄생에 기여한 폴 디랙과 함께 수학파의 대표 물리학자로 꼽힌다.