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우주의 운행(運行)을 지배하는 근본법칙을 알아내기 위해 과학자들은 매우 미묘한 속성을 측정해야하며 가능한한 이를 정확히 해야 한다. 물리학자들은 이런 측정방법을 고안하기 위해 많은 시간을 소비하고 있다. 그런데 그들은 최근 과거 어떤 방법보다도 정치(精緻)한 새로운 방법을 쓰기 시작했다.

예컨대 전자를 생각해보자. 전자는 모든 아원자입자(원자보다 훨씬 작은 입자들)들 가운데 가장 잘 알려진 것이다. 전자는 모든 원자의 일부를 구성하는 요소이며 원자로부터 쉽게 분리될 수 있는 것이다. 예컨대 전류는 전자의 흐름이며 전자라는 이름이 생겨난 것도 우선 그 때문이다.

이미 1930년에 나온 이론에 따르면 전자와 똑같지만 전하가 반대인 입자가 존재해야만 한다는 것이다. 전자는 Θ전하를 갖고 있고 반대되는 다른 입자는 같은 양의 ⊕전하를 갖고 있어야 한다는 것. 이 새로운 입자는 1932년에 발견되었고 ⊕전기를 갖고 있다는 이유로 양전자라고 불리우게 됐다.

이 이론은, 이것은 대단히 중요한 것인데, 전자와 양전자는 같은 양의 전하를 갖고 있어야 할 것을 요구한다. 단순한 측정법은 이 두가지 입자는 거의 같은 전하를 갖고 있음을 보여준다. 그러나 '거의 같은'이란 말은 충분치 않다. 만약 전하에서 약간의 차이라도 있다면 이론을 수정해서 이를 설명할 수 있어야 한다. 그리고 그런 경우 현재 알려진 것보다 우주를 보다 정확히 묘사해줄 수 있을 것이다.

따라서 과학자들은 전자와 양전자의 전하를 측정해야하며 그것도 두입자의 전하에 약간의 차이라도 있는지 알기 위해 가능한 최고의 정밀도로 해야 한다.

물질을 다루는 통상적인 방법은 입자를 부수어 자연상태에 변화가 있도록 하는 것이다.

이런 변화를 통해 물질의 성격이 추론될 수 있다. 그러나 이런 방법은 물질을 다루는 거칠은 방법일 따름이다. 그래서 과학자들은 물리력을 적게 쓰면서 해낼 수 있는 방법을 모색하고 있다. (이것은 마치 의사가 종양을 찾으려 실험적 수술을 하기보다 칼을 쓰지 않으면서 X-선이나 자기공명을 이용해 정보를 알아내려는 것과 같다)

예를 들면 한개의 전자나 양전자를 한번에 몇시간 또는 몇일 동안 거의 움직이지 않게 묶어둘 수 있는 조건을 알아내었다. 거의 움직이지 않는 한개의 입자는 매우 세밀하게 연구될 수 있다. 입자는 돌고 있으며 이 사실은 그것이 작은 원에서 전기를 띠고 있다는 뜻이며 측정될 수 있는 자기효과도 내고 있다. 하나의 양전자는 같은 자기효과를 내야 한다. 1989년 1월 포획된 입자의 측정이 '시애틀'의 워싱턴대학 '한스 데멜트'교수에 의해 보고되었다. 이 측정은 1조분의 몇정도 이하로 자기효과가 같다는 것을 보여주었다. 이것은 완벽하게 정확한 것은 아니다. (완벽한 정밀측정은 결코 있을 수 없다) 그러나 이것은 과거 어떤 측정보다도 정확에 가까운 것이다.

1조분의 몇이라면 얼마나 정확한 것인가? 두개의 큰 돌, 하나는 정확히 20톤이고 하나는 20톤에 1온스의 1백만분의 1이 더 무겁다면 이것은 1조분의 몇에 해당되는 것이다.

이밖에 또 과제가 있다. 전자는 기본 입자로 보인다. 즉 전자는 더이상 단순한 입자로 구성된 것이 아니며 보다 단순한 입자로 쪼개지지 않는다. 그렇다면 전자는 지름이 영인 것처럼 행동해야 한다.

지름 영은 측정될 수 없다. 그러나 실험은 그 지름이 특정수치 이하가 되어야 한다는 것을 보여줄 수 있다. 최근까지 알려진 가장 정밀한 실험은 전자가 원자 폭의 1조분의 1을 넘을 수 없다는 것을 보여주었다. 보통의 원자 폭만큼 전자를 나란히 늘어놓으려면 적어도 1조개가 필요할 것이다. 사실상 부동의 전자를 실험ㆍ측정함으로써 전자는 이보다도 1천분의 1이상 크지 않다는 것이 밝혀지고 있다. 다른 말로 하면 원자 폭만큼 전자를 늘어놓는 데 적어도 전자 1천조개가 필요하다는 것이다.

그것도 물론 영의 지름은 아니다. 그러나 과거 어느 때보다 영에 가까운 실험을 한 것이다.

그리고 아원자에 대한 물리학자들의 이론을 어느 때보다 강력히 지지해주는 것이 된다.

대체로 최근의 고도 정밀실험은 과학자들이 씨름해왔던 이론들을 지지하고 있다. 따라서 과학자들은 이제 손을 툭툭털고 "음, 충분히 정확해졌어"하며 다른 연구에 돌아설 것이라고 상상해볼 수도 있다.

그러나 학자들은 그렇게 할 수 없다. 매번 새로운 정확한 측정은 또 다른, 보다 먼 지평을 보여준다. 이것을 추구하지 않을 수 없다. 결국 보다 정밀한 측정은 우주에 대한 우리의 보다 깊고 만족스런 이해에 도움이 되며 이제껏 별 의문없이 받아들였던 미세한 차이를 밝혀줄 수 있을 것이다. 그런 점에서 과학에는 할 일이 끝나는 상태는 결코 오지 않을 것이다.

To check the fundamental rules that govern the workings of the universe, scientists have to make measurements of very subtle properties and do it as accurately as possible. Physicists spend a lot of time working out ways of making these measurements and, in recent years, they have been switching to new methods that are more delicate than any in the past.

For instance, consider the electron. It is the most familiar of all the subatomic particles (particles that are far smaller than atoms.) Electrons make up part of all atoms, and can be easily broken loose from them. The electric current is the result of a flow of electrons, for instance, which is why the particle is called an electron in the first place.

According to a theory worked out as long ago as 1930, there ought to be another particle, exactly like the electron, but opposite in electrical charge. The electron carries a negative electric charge, and the new particle should have a positive electric charge of exactly the same size. The new particle was discovered in 1932, and was called the "positron" because of its positive electric charge.

The theory, which is a very important one, requires that the electron and positron have exactly the same size of charge. Simple measurements show that the two particles have sizes that are just about equal, but just about isn't enough. If there is the slightest variation in size that would have to be explained by modifying the theory, and that might give us a still more accurate picture of the universe than now exists.

Scientists must therefore measure the size of the charge in both the electron and positron and do so in the most delicate possible way in order to see if they are ever so slightly different.

The usual way of dealing with the matter is to smash particles together and make them undergo changes in their nature. From the nature of those changes, the properties can be deduced. That, however, is a very rough way of dealing with the matter, and scientists are searching for ways of doing it with less force. (It is like doctors who might search for tumors by exploratory surgery, but who would rather use X-rays or magnetic resonance which yields information without having to use the knife.)

Scientists have learned, for instance, how to trap a single electron or positron under such conditions as would hold it almost motionless for hours or days at a time. A single almost motionless particle can be studied very closely. It is spinning, which means it is carrying its electric charge in a tiny circle and that produces a magnetic effect that can be measured.

An electron and a positron should both produce exactly the same magnetic effect and in January 1989, measurements of trapped particles were reported by Hans G. Dehmelt of the University of Washington in Seattle to show that the magnetic effect was the same to within a few parts in a trillion, That's not perfectly exact (perfect precision can never be obtained) but it is closer to exact than any previous measurement.

How accurate is a few parts in a trillion? If you had two huge boulders, one of which weighed exactly 20 tons, and the other weighed 20 tons plus a millionth of an ounce, that would be an agreement of a few parts in a trillion.

Here is something else. An electron appears to be a fundamental particle ; that is, it is not made up of still simpler particles and it can't be broken down to still simpler particles. If that is so, the electron should behave as though it has a zero diameter.

A zero diameter can't be measured, but tests can show that the diameter has to be less than a certain amount. Until now the most delicate tests have shown that electrons can't be more than a trillionth of the width of an atom. It would take at least a trillion electrons, placed side by side, to stretch across an ordinary atom. By testing single electrons that are virtually motionless, it now turns out that electrons have a diameter that can't be more than a thousandth of this. In other words, it would take at least thousand trillion electrons, side by side, to stretch across an atom.

That's still not zero diameter, of course, but it's closer to zero than we've ever come before and it makes the support of physicists' theories about subatomic particles stronger than ever.

In general, the latest high-precision tests have supported theories that scientists have been working with, and you might suppose that they would now dust off their hands and say, "well, that's close enough." and go on to other things.

That, however, they can never do. Every newly precise measurement merely brings another, more distant horizon, into view, one that must be striven for. After all, a still more delicate measurement may possibly reveal some hitherto unsuspectedly tiny discrepancy that will give us a deeper, more satisfactory understanding of the universe. In that sense, science can never end its work.