에드윈 맥밀런: 행성의 이름을 딴 원소를 명명한 인물

1940년 5월, 주로 원자를 만드는 것이 아니라 부수는 용도로 만들어진 버클리 사이클로트론에서 작업하던 에드윈 맥밀런 (Edwin McMillan)과 화학자 필립 아벨슨 (Philip Abelson)은 이전에는 본 적 없는 물질을 분리해냈습니다. 이는 주기율표상에서 우라늄 너머에 만들어진 최초의 원소였습니다. 그들은 이를 넵투늄 (neptunium)이라고 명명했는데, 이는 해왕성 (Neptune)이 천왕성 (Uranus) 너머에 있는 행성이기 때문입니다. 이는 원자폭탄의 핵심 물질인 플루토늄 (plutonium)을 낳게 될 초우라늄 시대를 열었다는 점에서 엄청난 결과를 초래한 작은 농담이었습니다.

캘리포니아 물리학자의 교육

맥밀런은 1907년 9월 18일 캘리포니아주 레돈도 비치에서 의사의 아들로 태어났으며, 과학을 거의 가까이서 흡수하며 자랐습니다. 그는 1928년과 1929년 칼텍 (Caltech)에서 학사 및 석사 학위를 받았고, 이후 동부로 건너가 프린스턴 대학교에서 박사 학위를 받았습니다. 그는 1932년 에드워드 콘돈 (Edward Condon)의 지도하에 비균일 전기장에서 분자 빔의 편향에 관한 논문으로 학위를 마쳤는데, 이는 그가 버클리에서 보여줄 실험적 기질을 예고하는 정밀하고 기기 중심적인 물리학 연구였습니다. 그는 1932년 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 방사선 연구소에 합류하여 커리어 내내 그곳에 머물렀으며, 1935년 강사에서 1946년 정교수로, 그리고 1958년부터 1973년까지는 연구소 전체의 소장으로 승진했습니다.

넵투늄과 초우라늄의 개척

넵투늄의 발견은 엔리코 페르미 (Enrico Fermi)의 초기 우라늄 폭격 실험이 남긴 퍼즐을 풀었습니다. 당시 실험은 정체를 알 수 없는 의문의 방사성 부산물을 생성했습니다. 맥밀런과 아벨슨은 1940년 5월 27일 《물리 리뷰 (Physical Review)》에 '방사성 원소 93'이라는 제목으로 결과를 발표했습니다. 이것은 고립된 호기심이 아니었습니다. 이 발견은 같은 연구소에서 일하던 글렌 시보그 (Glenn Seaborg)에게 같은 해 후반 플루토늄을 생산하게 된 직접적인 실마리를 제공했습니다. 초우라늄 원소를 공동으로 발견한 공로로 맥밀런과 시보그는 1951년 노벨 화학상을 공동 수상했습니다. 맥밀런의 다른 연구 성과로는 산소-15와 베릴륨-10 동위원소 식별이 있으며, 특히 후자는 약 139만 년의 반감기로 주목받습니다.

전쟁의 시대와 폭탄

맥밀런의 경력은 맨해튼 프로젝트와 직접적으로 교차합니다. 그는 로스앨러모스에 세워진 새로운 연구소의 기술 사양을 수립하고, 리처드 파인만 (Richard Feynman)과 로버트 윌슨 (Robert Wilson)을 포함한 과학 인력을 모집했으며, 총형 핵무기 개발 노력의 부책임자로 활동하다가 내폭 설계 작업으로 전환했습니다. 그는 1945년 7월 16일 트리니티 실험에 참석하여 자신이 가능하게 만들었던 물리학을 바탕으로 제작된 장치의 첫 폭발을 지켜보았습니다. 이는 5년 전만 해도 그의 독창적인 발견이 주기율표에 대한 순수한 과학적 호기심의 문제로 공개적으로 포장되었던 사람에게는 기묘한 상황이었습니다.

싱크로트론의 발명

맥밀런의 두 번째 주요 기여는 트리니티 실험과 같은 해에 이루어졌습니다. 1945년 그는 입자 가속기에서 가속 전기장의 타이밍을 조절하여 약간 일찍 또는 늦게 도착하는 입자들이 자동으로 동기화되도록 하는 '위상 안정성' 원리를 고안했습니다. 이 통찰력은 입자가 빛의 속도에 가까워질 때 가속장과 보조를 맞추지 못하던 기존 사이클로트론보다 훨씬 더 높은 에너지에 도달할 수 있는 싱크로트론과 싱크로사이클로트론을 구축할 수 있게 했습니다. 소련 물리학자 블라디미르 벡슬러 (Vladimir Veksler)가 1944년에 밀접하게 관련된 아이디어를 발표했으며, 전시의 닫힌 국경 양쪽에서 독립적으로 이 개념을 발전시킨 두 사람은 그 공로를 인정받아 1963년 '원자 평화상'을 공동 수상했습니다.

후기 경력 및 수상

맥밀런은 이후 15년간 버클리 방사선 연구소(후의 로렌스 버클리 국립 연구소)를 이끌었고, 1968년부터 1971년까지 미국 국립과학원 의장을 역임했으며, 공식 은퇴 후에도 유럽 입자 물리학 연구소(CERN)에서 일하며 1974년과 1975년 뮤온 자기 모멘트 실험에 기여했습니다. 그는 싱크로사이클로트론 자체를 포함한 9개의 미국 특허를 보유했으며, 사망 1년 전인 1990년에 미국 국가 과학 훈장을 받았습니다. 그는 1941년 엘시 월퍼드 블루머 (Elsie Walford Blumer)와 결혼하여 세 자녀를 두었습니다. 그는 1984년 뇌졸중을 앓았고 1991년 9월 7일 캘리포니아주 엘 세리토에서 당뇨병 합병증으로 사망했습니다. 그의 노벨상 메달은 스미소니언 미국 역사 박물관에 소장되어 있습니다.

에드윈이 천재라 불리는 이유

맥밀런이 천재라는 주장은 비전 제시자라기보다는 장인의 주장에 가깝습니다. 그는 대통일 이론이나 새로운 물질 이론을 쫓는 것이 아니라 입자가 빛의 속도에 가까워질 때 어떻게 동기화할지, 사이클로트론 파편 속에 묻힌 희미한 방사성 신호를 어떻게 식별할지 등 구체적인 기기 문제를 해결했으며, 그 해결책들이 각 분야를 재구성하게 된 것입니다. 노벨 위원회의 인용은 이론 체계가 아닌 특정 발견에 대한 것이었으며, 물리학 역사가들은 일반적으로 그를 광범위한 개념적 독창성보다는 세심하고 정확한 실험적 판단력을 갖춘 인물로 평가합니다. '천재'라는 라벨에 대한 정직한 반론은 그의 두 가지 대표적인 업적이 모두 가까운 경쟁자가 있었다는 점입니다. 아벨슨은 넵투늄에 대한 완전한 공로를 공유했고, 벡슬러는 거의 동시에 독립적으로 위상 안정성에 도달했습니다. 이는 그 아이디어들이 같은 문제를 다루는 충분히 신중한 실험가라면 누구라도 발견할 수 있는 상태였다는 것을 의미합니다. 부정할 수 없는 점은 맥밀런이 같은 실험대에서 40년 동안 산출한 결과의 밀도와, 핵화학 및 입자 가속이라는 완전히 다른 두 가지 물리적 퍼즐을 5년이라는 짧은 기간 내에 작동하는 기계로 바꾸어낸 훈련된 능력입니다.

유산

병원용 암 치료 가속기부터 대형 강입자 충돌기(LHC)의 부스터 링에 이르기까지 모든 현대식 싱크로트론은 맥밀런의 위상 안정성 통찰력에서 파생되었으며, 넵투늄의 발견은 오늘날 핵과학을 정의하는 초우라늄 화학의 서막으로 남아 있습니다. 그의 조카이자 물리학자인 존 클라우저 (John Clauser)는 나중에 2022년 노벨 물리학상을 수상하며 실험적 엄밀함이라는 가문의 혈통을 세대를 이어 증명했습니다.