입자물리학의 '프리온(preon)'

연일 생물학적 프리온(prion)에 대한 이야기들이 쏟아져 나오고있다. 그런데 입자물리학계에서 논의되고 있는 비슷한 이름의 프리온(preon)이라는 것이 있다. 실은 처음 프리온(prion) 이야기가 나왔을 때 내가 떠올린 것은 입자물리학의 프리온(preon)이었다.

프리온(preon)은 대통일 이론으로 유명한 파티-살람(Pati-Salam) 모델의 조제쉬 파티(Jogesh Pati)와 압두스 살람(Abdus Salam)이 1974년 붙인 이름으로 쿼크와 랩톤을 구성하는 하부 구조로 본질적인 입자를 일컫는 가설적인 대상의 이름이다. 6종류의 쿼크와 6종류의 랩톤 그리고 그 반입자를 모두 포함하면 표준 모형의 입자 스펙트럼도 꽤나 커져버리는데, 일종의 패턴이 내재하고 있으니 주기율표의 '원자'가 실은 핵과 전자라는 하부 구조를 가졌듯 쿼크와 랩톤들도 프리온 입자의 양자수 (charge)가 다르기 때문에 나타난 현상으로 이해하려는 것이다.

보다 최근에 더 복잡하고 구체적인 모형이 만들어 지기도 하였으나 관심을 가지는 사람은 별로 많지 않은데 그 기본적인 이유는 현재까지 가속기 실험을 통해 접근한 에너지에서 쿼크나 랩톤의 하부 구조를 전혀 관측하지 못하였을 뿐 아니라, 1980년대 이후로 끈이론이 입자물리학의 고에너지 이론으로 각광 받으면서 프리온 대신 '끈'이 그 자리를 차지하게 되었기 때문으로 볼 수 있겠다. 어떤 의미에선 끈이론도 프리온 이론의 하나로 볼 수도 있을 듯.

물리학자들은 우리 우주가 에너지 껍질을 가지고 있다는 것을 배워왔다. 무슨 말이냐면 에너지 스케일을 올려가면, 즉 양자역학적으로 생각해서 더 작은 스케일을 보면, 이전에 알지 못했던 하부 구조가 나타나게 되며 새로운 물리학이 그 뒤를 잇는 것이다. 물체>분자>원자>핵 (전자)> 쿼크, 랩톤으로 이어진 계단이 프리온으로 연결되지 말라는 법이 없으며 그 프리온은 다시 그 보다 더 본질적인 프리-프리온으로 연결될 수도 있다는 상상을 해본다.