Ernest Lawrence

캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스, 천구백삼십구년. 빛나는 자몽 크기의 유리 진공관이 거대한 전자석의 양극 사이에서 윙윙거리고 있습니다. 이것은 단순한 실험이 아니라 어니스트 로렌스의 혁명적인 사이클로트론, 즉 최초의 원자 분쇄기의 시제품이었습니다. 이 장치는 가속된 입자 빔을 생성하고 있었는데, 이 보이지 않는 총알들은 곧 원자의 비밀을 밝히고 의학을 변화시킬 것입니다. 팩트: 로렌스의 사이클로트론 시제품이 작동하는 모습을 담은 설정 샷.

로렌스 이전에는 원자를 부수는 것이 느리고 비효율적인 과정이었습니다. 러더퍼드와 같은 과학자들은 자연 방사성 물질을 사용하여 알파 입자를 표적에 쏘았습니다. 그것은 자갈을 던져 벽돌 벽을 부수려는 것과 같았습니다. "우리에게는 더 큰 망치가 필요했습니다." 누르가 설명했습니다. "로렌스는 입자를 반복적으로 가속하여 실제로 충격을 줄 수 있을 만큼 충분한 에너지를 주는 것이 핵심이라는 것을 깨달았습니다." 팩트: 사이클로트론 이전 입자 가속의 비효율성을 시각화합니다.

로렌스의 천재성은 '입자 경주로'를 만드는 것이었습니다. 그의 사이클로트론은 전자기장을 사용하여 입자를 나선형 경로로 휘게 했습니다. 입자들이 반원을 완성할 때마다 진동하는 전압으로부터 에너지 '킥'을 받았습니다. 가장자리에 도달할 무렵에는 엄청난 속도로 이동하고 있었습니다. 드미트리는 경외심에 찬 눈으로 올려다보았습니다. "그럼, 이건 아주 작은 원자 롤러코스터 같은 건가요?" 사실: 사이클로트론의 나선형 가속 경로를 위에서 본 모습.

로렌스의 첫 번째 사이클로트론은 불과 몇 인치 크기에 불과했고, 빠듯한 예산으로 만들어진 개념 증명 장치였습니다. "그것은 독창성의 경이로움이었습니다." 아나야가 말했습니다. "로렌스와 그의 학생들은 부품을 찾아다니고, 직접 전자석을 감고, 진공 펌프를 직접 만들었습니다." 그것은 수소 이온을 팔만 전자볼트의 에너지로 가속했습니다. 작게 들릴지 모르지만, 원리를 증명하기에는 충분했습니다. 팩트: 로렌스는 어수선한 실험실에서 첫 번째 사이클로트론을 만들었습니다.

누르는 설명했다. 진정한 돌파구는 '공명 조건'을 이해하는 것이었다. 아인슈타인의 유명한 방정식 덕분에 입자들은 속도를 얻으면서 질량도 얻었다. 로렌스는 자기장과 진동 전압을 신중하게 조절함으로써 입자들을 동기화된 상태로 유지하고 지속적으로 가속할 수 있다는 것을 깨달았다. 누르는 말했다. "마치 그네를 타는 아이를 미는 것과 같아요. 매번 적절한 순간에 밀면 아이를 점점 더 높이 올릴 수 있죠." 사실: 그네를 미는 것에 비유한 공명 비유.

로렌스의 팀은 점점 더 큰 사이클로트론을 만들었고, 그 정점은 거대한 육십 인치 기계였습니다. 이 거대한 기계는 입자를 수백만 전자 볼트까지 가속할 수 있었는데, 이는 새로운 방사성 동위원소를 만들기에 충분한 에너지였습니다. 이 동위원소들은 빠르게 의학 분야에 활용되어 암을 치료하고 생물학적 과정을 추적하는 데 사용되었습니다. "그것은 핵의학의 혁명이었어요." 아나야가 말했습니다. 팩트: 거대한 육십 인치 사이클로트론이 실험실을 압도합니다.

천구백삼십구년에 로렌스는 사이클로트론 발명으로 노벨 물리학상을 받았습니다. 그의 연구는 제이차 세계 대전 중 맨해튼 프로젝트에도 필수적이었는데, 사이클로트론이 원자 폭탄 제조를 위한 우라늄 동위원소 분리에 사용되었기 때문입니다. 하지만 로렌스는 항상 그것이 긍정적인 목적으로 사용되기를 바랐습니다. 드미트리는 "그는 그것에 대해 죄책감을 느낀 적이 있나요?"라고 물었습니다. 팩트: 노벨상 수상 축하와 맨해튼 프로젝트 참여의 대비.

오늘날 입자 가속기는 과학과 의학 분야에서 필수적인 도구입니다. CERN의 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)가 물질의 근본적인 본질을 탐구하는 것부터 병원의 사이클로트론(cyclotrons)이 의료용 동위원소를 생산하는 것에 이르기까지 로렌스의 유산은 계속 이어지고 있습니다. "그의 작업은 수많은 사람들의 삶에 영향을 미쳤습니다."라고 누르가 말했습니다. "이것은 세네카가 '모든 새로운 시작은 다른 시작의 끝에서 온다'고 말했을 때 의미했던 바를 완벽하게 보여주는 예시입니다." 팩트: 현대 입자 가속기: LHC와 병원 사이클로트론.

강력한 가속기로도 많은 미스터리가 남아 있습니다. 암흑 물질은 무엇일까요? 빅뱅 이후 첫 순간에 무슨 일이 일어났을까요? 이러한 질문들은 과학자들이 훨씬 더 크고 강력한 기계를 만들도록 이끌고 있습니다. 드미트리는 누르를 바라보며 잠시 멈췄습니다. "그럼, 이야기는 아직 끝나지 않은 건가요?" 팩트: 우주의 미스터리와 해답을 찾아가는 여정을 시각화합니다.

어니스트 로렌스의 발명은 우주를 향한 새로운 창을 열었고, 그의 유산은 오늘날에도 과학자들에게 영감을 주고 있습니다. 그의 사이클로트론은 세상에 지대한 영향을 미쳤습니다. 일부 응용 분야는 심각한 도덕적 문제를 제기했지만, 로렌스의 삶은 인간의 호기심이 뛰어난 공학 기술과 결합될 때 모든 것을 바꿀 수 있음을 보여줍니다. 누르가 항상 말했듯이, '우리가 가질 수 있는 가장 아름다운 경험은 신비로운 것입니다.' 팩트: 대단원: 로렌스의 유산과 지속적인 영향에 대한 몽타주.