GPT-5.2, 이론물리학 새 공식 도출...글루온 입자 상호작용 메커니즘 규명

[한국정보기술신문] 오픈AI의 최신 인공지능 모델 GPT-5.2가 이론물리학 분야에서 획기적인 발견을 이뤄냈다. 많은 물리학자들이 발생하지 않을 것으로 예상했던 특정 글루온 입자 상호작용이 특수한 조건 하에서 실제로 발생할 수 있음을 수학적으로 증명한 것이다.

오픈AI는 13일 하버드대학교, 케임브리지대학교, 밴더빌트대학교, 고등연구소의 연구진과 공동으로 작성한 사전출판 논문을 아카이브에 공개했다. 논문 제목은 'Single-minus gluon tree amplitudes are nonzero'로, 글루온의 나무 준위 산란 진폭이 0이 아님을 입증한 내용을 담고 있다.

글루온은 강한 핵력을 매개하는 입자다. 산란 진폭은 물리학자들이 입자들이 특정 방식으로 상호작용할 확률을 계산하는 데 사용하는 핵심 개념이다. 기존 교과서적 논리에 따르면, 하나의 글루온이 음의 나선성을 가지고 나머지 n-1개의 글루온이 양의 나선성을 가질 때 해당 나무 준위 진폭은 반드시 0이어야 한다고 여겨져 왔다.

그러나 이번 연구는 이러한 결론이 지나치게 강한 가정에 기반한 것임을 밝혀냈다. 기존 논리는 입자의 운동량이 일반적인 상태, 즉 방향과 에너지가 특별한 정렬을 이루지 않은 상태를 전제로 했다. 연구팀은 '반평행 영역'이라는 특정 운동량 공간 구간을 발견했으며, 이 조건에서는 기존 논리가 더 이상 적용되지 않는다는 것을 확인했다.

오픈AI의 최고제품책임자 케빈 웨일에 따르면, 하버드대학교의 앤디 스트로밍거 교授가 약 1년 전 이 가능성을 처음 인식했다. 알프레도 게바라, 데이비드 스키너, 알렉스 룹사스카와 함께 n=6까지의 경우를 손으로 계산했지만, 표현식이 극도로 복잡해지면서 한계에 봉착했다.

룹사스카의 초대로 연구팀이 오픈AI를 방문했고, GPT-5.2 Pro는 n=6까지의 복잡한 표현식을 크게 단순화하는 데 성공했다. 이를 바탕으로 모든 n에 대해 유효한 일반 공식을 제안했다. 이후 오픈AI의 내부 스캐폴드 모델이 약 12시간 동안 연속적으로 추론하며 해당 공식의 타당성을 형식적으로 증명했다.

고등연구소의 니마 아르카니-하메드 교수는 "이 고도로 퇴화된 산란 과정의 물리학은 약 15년 전 처음 접한 이후 계속 궁금했던 주제였다. 이 논문에서 놀라울 정도로 단순한 표현식을 보게 되어 매우 흥분된다"며 "복잡해 보이는 물리적 관측량의 표현식이 매우 단순하게 밝혀지는 경우가 이 분야에서 자주 일어나며, 이는 종종 새로운 깊은 구조를 발견하는 여정으로 이어진다"고 평가했다.

캘리포니아대학교 산타바바라 캠퍼스의 나타니엘 크레이그 교수는 이 연구를 "이론물리학의 최전선을 발전시키는 학술지 수준의 연구"이자 "AI 보조 과학의 미래를 엿볼 수 있는 연구"라고 설명했다. 그는 "물리학자와 대규모 언어모델 간의 대화가 근본적으로 새로운 지식을 생성할 수 있다는 것은 의심의 여지가 없다"고 강조했다.

연구팀은 이미 GPT-5.2의 도움을 받아 글루온에 대한 이러한 진폭을 중력을 매개하는 입자인 중력자로 확장했으며, 추가적인 일반화 작업도 진행 중이다. 오픈AI는 이러한 AI 보조 결과물들이 향후 별도로 보고될 예정이라고 밝혔다.

이번 연구는 AI가 단순히 기존 지식을 검색하고 조합하는 수준을 넘어, 인간 전문가와 협력하여 새로운 과학적 통찰을 생성하고 검증할 수 있음을 보여주는 사례로 평가받고 있다. 복잡한 수식 계산이 단순한 형태로 축약될 때 아직 발견되지 않은 물리학적 원리가 숨어 있을 가능성이 크다는 점에서, 이번 발견은 양자장론의 더 깊은 구조를 이해하는 새로운 문을 열 것으로 기대된다.