올해 노벨 과학상 세 개는 모두 ‘보이지 않는 것을 보는 법’에 돌아갔다. 물리학상은 남극 얼음 1㎦에 빛 센서를 심어 우주에서 날아온 중성미자를 잡은 프랜시스 할전에게 갔다. 생리의학상은 녹조류의 빛 감지 단백질로 뇌의 신경세포를 빛으로 켜고 끄는 ‘광유전학’을 만든 칼 다이서로스, 페터 헤게만, 게오르크 나겔에게 갔다. 화학상은 거울에 비친 듯 짝을 이루는 분자 가운데 한쪽만 만들어 내는 반응을 찾은 앙리 카강과 소아이 겐소에게 돌아갔다.
세 상은 10월 5일부터 7일까지 차례로 발표됐다. 물리학상 보도자료는 할전의 공로를 ‘새로운 종류의 천문학’을 연 것이라고 표현했다. 이 글은 노벨위원회가 낸 보도자료와 일반인용 해설 원문을 2026년 10월 10일에 읽고 정리했다. 상마다 같은 세 가지를 묻는다. 무엇이 궁금했나, 무엇을 찾았나, 어디에 쓰이나.
물리학상: 남극 얼음을 거대한 망원경으로
궁금했던 것은 우주에서 날아오는 엄청난 에너지의 입자가 어디서 오느냐였다. 우주에는 지구의 어떤 가속기보다 훨씬 센 에너지로 날아다니는 입자(우주선)가 있다. 그런데 이 입자는 전기를 띠고 있어서, 날아오는 동안 우주의 자기장에 휘어진다. 도착한 방향만 봐서는 출발지를 알 수 없다.
그래서 중성미자를 노렸다. 노벨위원회 해설에 따르면, 입자를 그렇게 세게 가속하는 곳에서는 고에너지 중성미자도 함께 생긴다. 중성미자는 전기를 띠지 않아 휘지 않고, 거의 아무것과도 부딪히지 않는다. 그래서 출발한 방향 그대로 지구에 온다. 문제는 너무 안 부딪혀서 잡기가 어렵다는 점이다. 해설은 태양에서 온 중성미자 650억 개가 매초 우리 새끼손톱을 지나가는데 아무도 모른다고 적었다.
중성미자로 우주를 보는 일은 처음이 아니다. 해설은 1960년대 태양 중성미자를 처음 잡은 연구와 1987년 초신성 중성미자를 잡은 연구가 2002년 노벨 물리학상을, 중성미자가 종류를 바꾼다는 발견이 2015년 노벨 물리학상을 받았다고 소개했다. 다만 이들은 태양이나 가까운 초신성처럼 비교적 가까운 곳의 중성미자였다. 할전의 목표는 훨씬 멀고 훨씬 센 우주의 중성미자였다.
할전은 남극 얼음을 쓰자고 했다. 중성미자가 아주 드물게 얼음 속 원자핵과 부딪히면 그 자리에서 파란 빛이 번쩍인다. 깊은 얼음은 늘 깜깜하고, 생물도 지진도 없다. 할전은 1988년 폴란드의 학회에서 이 구상을 처음 발표했다. 연구진은 뜨거운 물로 얼음에 1km가 넘는 구멍을 뚫고 센서를 매단 케이블을 내렸다. 처음 시도는 실망스러웠다. 얕은 얼음에는 공기 방울이 많아 빛이 흩어졌기 때문이다. 하지만 1,400m보다 깊은 곳의 얼음은 아주 맑아서 빛이 300m를 나아갔다.
완성된 아이스큐브는 크기부터 남다르다. 2011년 완공 당시 얼음 1㎦에 케이블 86개, 빛 센서 5,160개가 1,450~2,450m 깊이에 심어졌다. 1㎦는 가로·세로·높이가 모두 1km인 정육면체다. 연구진은 2013년 우주에서 온 중성미자의 첫 증거를 발표했고, 몇 년 뒤 확신할 만큼 자료를 모았다.
어디에 쓰이나. 빛이나 전파로는 볼 수 없는 먼 우주의 ‘입자 가속기’를 찾는 데 쓰인다. 해설에 따르면 아이스큐브가 잡은 중성미자 가운데 79개가 활동 은하 NGC 1068 방향에서 온 것으로 보이지만, 아직 확정할 만큼은 아니다. 우리 은하에서 온 고에너지 중성미자도 확인됐다. 남극에서는 크기를 8㎦로 키우는 ‘아이스큐브-2세대’가 계획되고 있다.
생리의학상: 녹조류의 눈으로 뇌세포를 켜다
궁금했던 것은 뇌의 어떤 세포가 어떤 기억과 감정, 행동을 만드는가였다. 20세기 연구로 뇌의 어느 부위가 어떤 일을 하는지는 알게 됐지만, 특정 신경세포가 특정 행동의 ‘원인’인지는 증명하기 어려웠다. 노벨위원회 해설은 그때의 뇌 지도를 “흐릿한 사진”에 비유했다.
이 문제를 일찍 내다본 사람이 있었다. DNA 이중나선을 밝혀 1962년 노벨상을 받은 프랜시스 크릭은 살아 있는 뇌에서 특정 신경세포만 켜는 방법을 꿈꿨다. 신경 신호는 아주 빠르니 그만큼 빠른 빛을 쓰면 좋겠다고 봤다. 크릭 자신도 허황해 보인다고 인정한 구상이었다.
답은 물속 녹조류에서 나왔다. 헤게만은 단세포 녹조류 ‘클라미도모나스’가 어떻게 그렇게 빨리 빛 쪽으로 헤엄치는지 궁금했다. 측정해 보니 빛이 이 녹조류의 눈(안점)에 닿고 0.5ms(1,000분의 0.5초) 만에 전기 신호가 생겼다. 사람 눈은 빛을 받고 전기 신호가 생기기까지 최소 10ms가 걸린다. 녹조류가 20배 넘게 빠른 셈이다.
비밀은 단백질 하나였다. 헤게만과 나겔은 빛을 받으면 스스로 문이 열리는 단백질, ‘채널로돕신’을 찾아냈다. 나겔이 이 유전자를 개구리 알에 넣자 알 표면에 단백질이 생겼고, 빛을 비추자 0.2ms 만에 문이 열려 전기를 띤 입자가 흘러 들어갔다. 두 사람은 이 단백질을 다른 세포에 넣어도 그 세포가 빛에 반응한다는 것을 보이고 2003년에 발표했다.
다이서로스가 이를 뇌에 가져갔다. 정신과 환자들을 보며 뇌를 더 깊이 이해해야 한다고 느낀 다이서로스는 채널로돕신 유전자를 쥐의 신경세포에 넣었다. 파란 빛을 비추자 신경 신호가 생겼다. 2005년에 이를 발표했고, 2년 뒤에는 살아 있는 생쥐의 뇌에서도 성공했다. 이것이 빛으로 신경세포를 조종하는 ‘광유전학’이다.
어디에 쓰이나. 연구자들은 광유전학으로 특정 기억과 감정, 행동을 담당하는 신경 회로를 찾아냈고, 신경과 정신 질환과 관련된 세포를 연구한다. 노벨위원회는 임상에서 시력을 잃은 사람의 시각을 되살리려는 시도에도 이 방법이 쓰이고 있다고 적었다. 아직 ‘시도’ 단계라는 점은 구분해 둘 필요가 있다.
화학상: 거울 속 쌍둥이 중 하나만 만드는 법
궁금했던 것은 생명이 왜 ‘한쪽 손’만 쓰느냐였다. 어떤 분자는 오른손과 왼손처럼 거울에 비친 모양의 두 가지로 존재한다. 노벨위원회 해설에 따르면 우리 몸의 단백질을 이루는 아미노산은 이런 두 모양 중 한쪽만 쓴다. 그런데 실험실에서 이런 분자를 만들면 늘 두 모양이 반반씩 섞여 나왔다.
이 문제는 약을 만들 때 특히 중요하다. 두 모양 중 하나는 약효를 내고, 다른 하나는 쓸모가 없거나 해로울 수 있다. 해설은 1960년대 초 탈리도마이드 사건을 예로 들었다. 진정제로 쓰인 이 약 때문에 수천 명의 아이가 장애를 안고 태어났고, 뒤에 분석해 보니 해를 끼친 것은 약 성분의 거울상 쪽이었다.
출발점은 19세기 파스퇴르였다. 그는 포도주를 만들 때 생기는 주석산 결정이 서로 거울상인 두 모양으로 존재한다는 것을 현미경으로 찾아냈다. 1857년에는 박테리아가 두 모양 중 포도에서 나온 한쪽만 먹는다는 것도 관찰했다. 1953년 영국의 물리학자 찰스 프랭크는 한쪽 모양만 남으려면 반응이 세 조건을 갖춰야 한다는 수학 모형을 내놨다. 한쪽으로 치우친 촉매, 한쪽은 키우고 다른 쪽은 줄이는 효과, 그리고 만들어진 물질이 스스로 촉매가 되는 성질이다. 카강과 소아이는 이 중 뒤의 두 조건을 실제 반응으로 채웠다.
카강은 상식을 뒤집었다. 화학자들은 반응을 돕는 물질(촉매)의 모양 비율이 그대로 제품의 비율이 된다고 믿었다. 카강은 1986년, 이 관계가 직선이 아니라 휘어 있다는 ‘비선형 효과’를 발견했다. 촉매를 조금만 한쪽으로 치우치게 해도 제품은 그보다 더 한쪽으로 쏠릴 수 있다는 뜻이다.
소아이는 마지막 퍼즐을 맞췄다. 그는 반응에서 생긴 물질이 다시 자기 자신을 만드는 촉매가 되는 ‘자가촉매’ 반응을 설계했다. 1995년 발표에서는 한쪽 모양이 2% 많은 상태로 시작해 87%까지 늘렸다. 2003년에는 처음에 우연히 생긴 아주 작은 차이가 반응 전체를 장악해, 한쪽 모양이 99.99%까지 되는 반응을 보여 줬다. 생명 말고는 처음 이룬 일이었다.
어디에 쓰이나. 노벨위원회는 두 사람의 발견이 약을 만드는 반응을 설계하는 화학자들에게 결정적이었다고 적었다. 카강의 비선형 효과는 향료와 새 소재를 만드는 데도 쓰인다. 소아이 반응은 생명의 시작에 관한 연구에도 새 관심을 불러일으켰다.
발견에서 수상까지, 짧게는 13년 길게는 40년
노벨상은 늦게 온다. 세 상의 핵심 발견이 처음 발표된 해에서 2026년까지를 세어 보면 그렇다.
● 직접 계산 (2026년 수상 기준)
- 물리학상: 남극 얼음 아이디어 발표(1988) → 38년, 우주 중성미자 첫 증거(2013) → 13년
- 생리의학상: 채널로돕신 발표(2003) → 23년, 살아 있는 생쥐 뇌에서 성공(2007) → 19년
- 화학상: 카강의 비선형 효과(1986) → 40년, 소아이 반응 완성(2003) → 23년
가장 오래 기다린 사람은 1930년생 카강이다. 1986년 발견에서 40년 만에 상을 받았다. 상금은 상마다 1,200만 크로나다. 물리학상은 할전 혼자 받고, 화학상은 두 사람이, 생리의학상은 세 사람이 똑같이 나눈다. 그래서 한 사람이 받는 몫은 물리학상 1,200만, 화학상 600만, 생리의학상 400만 크로나다.
세 발견의 공통점도 있다. 모두 호기심에서 시작했다. 녹조류가 어떻게 빛을 향해 헤엄치는지, 남극 얼음으로 무엇을 볼 수 있는지, 생명이 왜 한쪽 손만 쓰는지 같은 질문이었다. 처음부터 ‘쓸모’를 노린 연구는 아니었지만, 수십 년 뒤 뇌 연구와 약 개발, 천문학의 새 도구가 됐다.
● 세 상을 한 줄씩
- 물리학상: 남극 얼음 1㎦를 센서로 채워, 휘지 않고 날아오는 중성미자로 먼 우주를 본다.
- 생리의학상: 녹조류의 빛 감지 단백질을 신경세포에 넣어, 빛으로 뇌 회로를 켜고 끈다.
- 화학상: 거울상 분자 중 한쪽만 늘어나게 하는 반응을 찾아, 약을 더 안전하게 만드는 길을 열었다.
올해 노벨상 발표는 10월 12일 경제학상으로 끝난다. 과학상 세 개의 더 자세한 설명과 그림은 노벨상 누리집의 ‘대중 해설’ 페이지에서 볼 수 있다. 다음에 볼 숫자는 아이스큐브-2세대가 실제로 착공하는지, 광유전학을 쓴 시력 회복 연구가 어디까지 가는지다.