자연계의 다양한 회전

자연계에는 다양한 회전이 존재합니다. 은하계의 천체는 소용돌이 모양으로 회전하고 있습니다. 지구는 태양 주위를 공전하면서 자전하고 있습니다. 펄서라고 불리는 천체는 맹렬한 속도로 자전하여 전자파를 방출하고 있습니다. 친밀한 일상에서는 팽이가 있습니다. 또한 미크로의 세계에도 회전이 존재합니다. 미크로의 세계의 회전을 탐구해 가면 소립자의 '스핀'에 도달하게 됩니다.

이 스핀이란 소립자의 자전에 해당하는 성질입니다. 소립자가 지구가 자전하고 있는 것처럼 빙글빙글 돌고 있는 이미지입니다. 현재 소립자물리학의 틀을 구성하는 기본입자의 대부분은 스핀을 가지고 있으며 스핀은 소립자에 있어서 매우 중요한 성질이라는 사실을 알고 있습니다. 예를 들어 원자가 그 크기를 유지하고 있는 원리는 전자스핀의 효과라고 말할 수 있습니다. 만약 전자의 스핀이 없어져 버리면 우리의 몸은 망가져 버릴 것입니다.

따라서 스핀은 매우 중요한 특성이지만 아직 의외로 기본적인 것을 알지 못합니다. 예를 들면 원자핵을 구성하는 소입자인 양성자의 스핀을 그 내부구조로서 쿼크 레벨로 이해하려고 하면 '양성자의 스핀은 무엇에 의한 것인가?' 등 아직도 수수께끼가 남아 있습니다.

한편 스핀은 다양한 연구분야에서 응용되고 있습니다. 가장 인상적이고 잘 알려진 것은 의학 진단에 사용되는 MRI입니다. 이것은 양성자 스핀을 능숙하게 이용하고 있습니다. 최근 이 MRI를 고도화한 초편극핵 MRI의 연구가 시작되고 있습니다. 이것은 원자핵의 스핀 회전방향을 충분히 가지런히 해 MRI를 실시하는 원리로 그 감도를 종래의 1만 배 이상으로 올릴 수 있는 기술입니다. 그런데 이러한 기술은 특별한 것이므로 MRI의 연구자가 하루아침에 이루어낼 수 있는 것은 아닙니다. 한편 소립자물리학의 실험영역에서는 이 기술이 실용화되고 있습니다.

만약 소립자물리학의 연구자와 MRI의 연구자가 교류하고 공동연구를 할 수 있다면 새로운 스핀기술이 생겨날지도 모릅니다. 이와 같이 다른 분야의 연구자라도 스핀을 중심으로 교류함으로써 다른 연구분야를 창출할 수 있을 것으로 기대됩니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- スピンとは？
https://www.quark.kj.yamagata-u.ac.jp/iss/whatisspin.html