초대칭성의 비밀

초대칭성(supersymmetry)이라 불리는 이상하고 이해하기 어려운 현상은 소립자 물리학(elementary particle physics)에서 생겨난 개념이지만 오히려 백금(platinum)이나 금(gold)의 원자핵에서 밝혀지고 있다.
- 얀 졸리(Jan Jolie)

초대칭성(supersymmetry)이란 비범한 대칭성(remarkable symmetry)을 말한다. 소립자 물리에서 이것은 완전히 상이한 입자 - 물질 세계를 구성하며 페르미온이라 불리는 종류(전자나 양성자, 중성자 같은 것들)와 자연계의 힘을 만들어 내는 보존이라 불리는 것들(이를 테면 광자) - 가 서로 뒤바뀌게 한다. 페르미온(fermion)은 선천적으로 개인주의자(individualists)이며 양자 입자 세계(quantum particle world)의 고독한 존재(loners)라 할 수 있다: 두 개의 페르미온은 결코 동일한 양자 상태(same quantum state)를 점유하지 못한다.

페르미온은 서로 가까이 있는 것을 아주 싫어하기 때문에 중성자 별(a neutron star)에서 짓누르는 중력(gravity)의 무게가 다른 모든 자연계의 힘(force)을 능가할 때조차도 더 붕괴되지 않고 지탱할 수 있게 해준다. 반면에 보존(boson)은 우호적인 모방자이며 동일한 상태에 쉽게 모인다. 특정 상태에 있는 보존은 보다 많은 보존들이 이것을 모방하게 한다. 제대로 된 조건 하에서 보존들은 레이저 빔 내에서 광자(photon)와 초유동체 헬륨 4(superfluid helium 4)의 원자처럼 획일화된 한 무리의 복제물(clone)을 형성한다. 그런데 어찌된 일인지 초대칭성 거울(mirror of supersymmetry)에서는 무뚝뚝한 페르미온이 마술과 같이 사교성 좋은 보존(boson)처럼 보이기도 하고 그 역 또한 가능하다. 비유컨대, 사과와 오렌지를 비교하는 것은 대칭성(symmetry)이라 말할 수 있을 것이다. 사과를 초대칭성 거울 앞에 두게 되면 그것이 반사된 것은 마치 오렌지와 같은 모양과 맛을 가지게 된다......