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천상의 입자, 인간에게 모습을 드러내다 목록

조회 : 1078 | 2013-01-08

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7월 4일 오전, 스위스 제네바에 위치한 유럽입자물리연구소(CERN) 대강당에 전세계 과학자들의 이목이 집중됐다.

롤프 호이어 CERN 소장이 강단에 올라 “우리가 새로운 입자를 관측했다”고 선언하자 강당에 모여있던 과학자들은 기립박수를 쳤다. 48년간 찾아 왔던 ‘힉스’의 존재가 세상에 드러나는 순간이었다.

힉스는 현대 입자물리학의 대표이론인 ‘표준모형’에서 발견되지 않은 마지막 소립자로, 137억 년 전 우주탄생 직후에 모든 소립자에게 질량을 부여했다는 점에서 ‘신의 입자’라는 별명이 붙었다.

1964년 영국의 피터 힉스 박사를 필두로 유럽과 미국의 물리학자 6명이 이 입자의 존재를 예측했고, 故이휘소 박사가 1972년

미국에서 열린 고에너지물리학회에서 처음으로 ‘힉스’ 입자라고 이름 붙였다.

이날 CERN의 연구팀은 “힉스와 일치하는 입자를 찾았다”며 “이 입자의 존재 확률은 99.99994%”라고 발표했다. CERN은 14년 동안 100억 달러(약 10조7000억 원)를 들여 거대강입자가속기(LHC)를 짓고 2009년부터 꾸준히 탐색한 끝에 힉스로 추정되는 입자의 존재를 발견할 수 있었다. 이 과정에는 LHC에 설치된 검출기 4개 중 2개(아틀라스와 CMS)가 사용됐다.

연구팀은 LHC 안에서 양성자를 서로 반대방향으로 회전시키다가 충돌시킨 뒤 흔적을 살피는 실험을 2년 동안 진행했다. LHC는 둘레가 27km나 되는 원형 가속기로, 양성자를 빛의 속도에 가깝게 가속시킬 수 있다. 양성자끼리 충돌할 확률은 태평양 한가운데서 바늘 2개가 정면충돌하는 것보다 낮기 때문에 초당 1034개의 양성자를 쏴 보냈다. 양성자끼리 서로 충돌하더라도 힉스는 1000억 번 중에 한 번 꼴로 나타난다. 이 점을 감안한다면 2년 동안 수백, 수천 개의 데이터를 건진 연구팀의 성과는 획기적이라고 할 수 있다.

8월에는 아틀라스 검출기를 이용한 연구팀에서 힉스가 존재할 확률이 99.999999998%로 높아졌다는 논문을 발표해 기대감을 높이기도 했다.

현재 CERN의 연구팀은 여전히 ‘힉스 입자를 발견했다’고 밝히진 않은 채, 힉스 입자로 추정되는 입자가 표준모형에서 딱 맞는 힉스 입자인지 확인하는 작업을 진행하고 있다.

전문가들은 CERN에서 발견한 입자가 지금껏 찾던 힉스 입자가 아닌 것으로 판명난다 하더라도 실망할 필요는 없다고 강조한다. 이 입자는 표준모형을 벗어나 새로운 물리현상을 동반하는 ‘새로운 힉스 입자’일 수 있기 때문이다.

 

이재웅 기자 ilju2@donga.com

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