건국대(총장 송희영)는 입자물리학이론과 우주론 및 통일장 분야의 세계 최고 이론물리학자인 조용민 석학교수(물리학) 연구팀이 미국 클레이수학연구소(CMI)가 제시한 7대 수학난제 중 하나인 ‘양-밀스 이론과 질량간극 가설’ (Yang-Mills and Mass Gap)문제를 해결했다고 17일 밝혔다.

이날 건국대에 따르면, 조 석학교수는 양자 색역학에서 자기홀극 응집이 일어남을 증명함으로 이 문제의 해결책을 제시하고 우주의 질량이 어떻게 생성되는가를 밝히는데 성공했다. 이번 연구 결과는 미국 물리학회가 발간하는 물리학 분야의 권위있는 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 D’(Physical Review D) 최신호(온라인 4월12일자 발간)에 게재됐다.

조 교수는 또 오는 8월 26부터 28일까지 3일간 싱가포르에서 열리는 ‘다이슨 탄생90주년 기념 국제 컨퍼런스’(International Conference for Dyson’s 90th Birthday)에 초청받아 이번 연구결과를 발표할 예정이다.

현재 이론물리학의 최대 미해결 문제의 하나가 이른바 ‘새천년 문제 (Millennium Problem)’로 잘 알려진 양자 색역학의 질량생성 문제이다.

이 문제는 미국 ‘Clay Mathematics Institute’에서 수학에서 가장 어려운 6개의 미해결 문제와 함께 이 문제를 푸는 사람에게 상금 100만 달러를 주겠다고 공고한 물리학의 최대 난제다.

이같은 밀레니엄 난제는 한 번 풀리고 나면 IT기술과 공학, 금융과 암호 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 수 있으며, 해답을 찾는 과정에서 실패하더라도 수많은 유용한 수식과 가설들이 새롭게 등장해 세계 과학계가 주목하고 있다.

조 석학교수는 입자물리학이론과 우주론 및 통일장 분야의 세계 최고 이론물리학자로 이 색감금 문제를 해결하기 위해 ‘Cho-decomposition’(조-분해)으로 알려진 획기적 방법을 도입하고 최근 이를 이용하여 양자 색역학에서 자기홀극 응집이 일어남을 증명해 이 문제의 해결책을 제시하고 우주의 질량이 어떻게 생성되는가를 밝히는데 성공했다.

이번 결과는 또 최근 일본 치바(Chiba) 대학과 국립 고에너지연구소(KEK) 의 격자 색역학(Lattice QCD) 팀과 서울대 격자 색역학 팀이 각각 독립적으로 컴퓨터 계산으로 확인함으로 사실로 판명되고 있으며, 이 컴퓨터 계산 결과도 유럽 물리학회지 ‘피지컬 레터 B’(Physics Letters B)에 이미 출판 되었거나 출판될 예정이다.

연구에 참여한 윤종혁 건국대 교수(물리학)는 “우주의 질량 대부분은 양성자와 중성자로 이루어져 있는데 이번 연구를 통해 이들이 어떻게 질량을 갖게 됐는지 설명할 수 있게 됐다”며 “연구 결과가 검증을 거쳐 입증되면 우주에 대한 인간의 이해를 넓힐 수 있을 것”이라고 말했다.

미국의 부호 랜던 클레이가 매사추세츠주 케임브리지에 설립한 클레이 수학연구소(CMI)는 2000년 수학분야에서 중요한 미해결 문제 7개를 상대로 그 해결에 각각 100만 달러씩의 상금을 걸었다.

‘밀레니엄 문제’(Millennium Problems)라 불리는 이 7대 수학난제는 △P대 NP문제(P vs NP Problem), △리만 가설(Riemann Hypothesis), △양-밀스 이론과 질량 간극 가설(Yang-Mills and Mass Gap), △내비어-스톡스 방정식(Navier-Stokes Equation), △푸앵카레 추측(Poincare Conjecture), △버치와 스위너톤-다이어 추측(Birch and Swinnerton-Dyer Conjecture), △호지 추측(Hodge Conjecture) 등이다.

이들 문제에 대해 누군가 해법을 제시하면 2년간 검증과정을 거치고 그동안 결함이 발견되지 않으면 상금을 받게 된다.

20세기 7가지 수학 난제 가운데 현재까지는 ‘은둔 수학자’로 불리는 러시아 수학자 그레고리 페렐만(Perelman)이 2002년 새천년 문제의 하나인 ‘푸엥카레의 가설’(Poincare Conjecture)을 증명해 세계적 주목을 받았다.

조 교수의 이 양자 색역학의 질량생성 문제 해결도 2년간 학계의 공식적 검증을 거친 후 이에 못지않은 업적으로 평가될 것으로 예상된다.

조 교수는 서울대 물리학과를 졸업하고 미국 시카고 대학에서 물리학 박사학위를 받은 뒤 미국 페르미연구소, 독일 막스플랑크연구소, 유럽 핵 연구소 등을 거쳐 1982년부터 2009년까지 28년간 서울대 천체물리학부 교수로 재직했으며 작년 9월부터 건국대 석학교수로 재직 중이다.