2학년 6반

자연계를 이루는 12개의 기본입자와 이들 사이의 힘을 매개하는 4개의 입자 그리고 질량을 부여하는 입자까지 총 17개의 입자로 세상의 모든 현상을 설명하는 이론이 있다. 바로 표준모형(Standard Model)이다. 1970년대 ‘쿼크’를 시작으로 표준모형을 구성하는 입자가 하나씩 발견될 때마다 표준모형은 그 입지를 공고히 했고, 2012년 ‘신의 입자’라는 별명을 가진 힉스가 처음 발견됐을 때는 표준모형이 마침내 완성됐다며 과학계는 축제 분위기였다.

그런데 현대 물리학의 근간인 이 표준모형을 흔들려는 연구가 세계 곳곳에서 진행되고 있다. 표준모형이 기술하는 17개의 기본입자 이외에 새로운 입자가 존재할 수 있다는 강력한 증거들이 잇따라 제시되면서다. 과학자들은 ‘표준모형 너머(Beyond the Standard Model)’의 세상을 꿈꾸고 있다.

▲현대물리학의 정수인 표준모형은 우주를 이루는 12개의 기본입자, 이들 사이의 힘을 매개하는 4개의 입자 그리고 질량을 부여한 힉스 입자 등 17개의 입자로 세상의 모든 현상을 설명하는 이론이다. ⓒFlickr

표준모형이 설명하지 못하는 95%의 우주

표준모형을 사전에 검색해보면 다음과 같은 설명이 나온다. ‘전자기력, 약력, 그리고 강력을 고려하여 기본 입자들의 상호 작용을 설명하는 모형.’ 이 문장을 읽다 보면 어딘가 허전함이 있다.

우리와 가장 친숙한 힘인 ‘중력’이 빠져 있다는 점이다.

표준모형의 한계는 중력을 설명하지 못한다는 점뿐만이 아니다. 표준모형은 중성미자의 질량을 0이라고 예측한다.

지금까지 세 종류의 중성미자가 존재한다는 사실이 밝혀졌는데, 카지타 다카이크 일본 도쿄대 교수와 아서 맥도날드 캐나다 퀸즈대 교수 연구팀은 이들 중성미자가 지구로 날아오는 과정에서 옷을 갈아입듯 다른 중성미자로 변하는 ‘중성미자 진동’ 현상을 관측했고, 이들은 이 연구로 2015년 노벨 물리학상을 받았다.

고기 뽑는 프린터

기존 3D프린트는 일반적으로 플라스틱을 재료로 하는 제품에 적합한 용도였지만 이제는 여러 분야에 적용이 가능하다.

미국, 유럽 등에서는 식품공학과 3D 프린트 기술을 결합하여 미래 식량 문제를 해결할 수 있는 제품을 내놓고있다.

미래 우리의 식문화를 예측할 수 있는 3D 프린트 기술, 과연 어디까지 만들 수 있을까.

'3D 푸드 프린터'는 한국에서는 다소 낯설지만 미국, 유럽에서는 제품화에 잇달아 성공하고 있다. 한국농촌경제연구원 연구보고서에 따르면 세계 3D 식품 프린팅 시장 규모는 2017년 기준 52.2백만 달러이며 2023년까지 연 평균 46.1%씩 525.6백만 달러 규모로 성장할 전망이다. 

이스라엘의 스타트업 기업 'Redefine Meat'는 3D 프린터를 이용해 고기와 똑같은 맛과 식감을 지닌 대체육을 프린트해 즉석에서 스테이크로 요리하는 모습을 공개했다. 3D 프린터는 일반 스테이크 고기와 똑같은 외관, 식감, 질감 등을 묘사했다. 

완두콩, 코코넛, 해바라기유 등의 식물성 주재료로 하며 70여가지가 넘는 요소를 더해 색과 맛, 향까지 재현해냈다.

0차원 공허에서 새로운 기술 발견

한국 물리학자들이 ‘저항 변화’가 아닌 ‘유전율(permittivity)’을 이용해 정보를 저장하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 유전율은 전기장의 영향을 받아 분극이 일어난 정도를 뜻하는 물리량이다. ‘텅 비어 있는 공간(0차원 공허)’과 ‘물질’ 사이의 상호작용을 제어해 유전율을 다중 상태로 바꾼 독특한 아이디어로 주목받고 있다.

UNIST 물리학과 오윤석 교수팀은 울산대학교(총장 오연천) 물리학과 김태헌 교수팀과 공동으로 ‘0차원 공허’와 ‘물질’ 사이의 상호작용이 물질의 유전율 크기를 변화시킬 수 있음을 발견했다. 또 이런 상호작용을 제어해 유전율이 각기 다른 다중 상태로 제어되는 새로운 메모리(Memory) 기술을 개발했다.

전기가 안 통하는 물질이라도 전기장에 두면 물질 내부에 무질서하게 놓여있던 전기쌍극자가 정렬한다. 유전율은 그 반응 정도가 얼마나 민감한지 나타내는데, 물질과 공간의 고유한 특성이다. 오윤석 교수는 “유전율은 어떠한 물질도 존재하지 않는 진공에서도 정의할 수 있는 물리량”이라며 “별빛이 진공에 가까운 우주 공간을 여행해 지구까지 도달할 수 있는 이유도 유전율로 설명된다”고 전했다.