힉스 보존

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힉스 보존

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2011-12-16

과학자들은 기대감에 가득 차 있다. 저스틴 비버에 열광하는 소녀들처럼, 과학자들은 새로운 입자를 가까이서 보려는 열망에 세계의 반을 돌아서 왔다. 기쁨은 앞날을 알 수 없는 불확실한 상태에 있다. 이 모든 소란은 힉스 보손이라고 불리는 희귀한 아원자 입자로 인한 것이며, 이것은 우주의 질량을 이해하는 데 중요한 열쇠이다. 아직 아무도 이것의 존재를 증명하지 못했지만, 어쩌면 바뀔 수도 있을 것이다. “종신 재직권을 얻기 위하여 이와 같은 연구를 하는 사람들이 있을 것이다.”라고 이 입자의 익명성이 그리 오래가지 못할 것이라고 믿고 있는 MIT의 이론 물리학자이자 노벨상 수상자인 Frank Wilczek가 말했다. 수백명의 연구진이 제네바 교외에 있는 유럽 입자 물리 연구소(CERN)의 Large Hadron Collider(LHC)가 거의 빛의 속도로 보내는 양자 빔의 자료들을 뒤지고 있다. 그들은 일부 충돌이 힉스 보손에 관한 어떤 흔적을 남겨서, 아원자 입자가 우주의 기본 구성 요소를 형성하기 위하여 어떻게 상호 작용하는지를 설명할 수 있는 입자 물리학의 표준 모델을 실험적으로 확인할 수 있는 핵심을 제공하길 희망한다. CERN의 연구진은 이번 주 그들의 연구에 관한 예고를 할 것이다. 과학자들은 힉스가 그들이 생각하는 것인지 아닌지에 대한 일반적인 가능성을 얻길 희망한다. 힉스 보존은 근본적인 문제의 중심에 있다. 왜 우주에는 질량이 있는가? 에딘버러 대학의 물리학자인 피터 힉스와 다른 이론가들은 47년 전 가능한 답에 도달했었다. 그들은 입자는 특정 유형의 에너지장을 이동함으로써 질량을 얻는 다고 제안했다. 이것이 힉스 역학에 의해서 어떤 질량이 만들어지는 과정인 힉스 장이라고 불렀다. 또한 거기에는 이 장과 관련된 입자가 있었으니, 이것이 힉스 보존이다. “하느님 입자”라는 애칭을 가진 힉스를 찾는 것은 세계의 원자 전문가의 능력을 뛰어 넘는 것이었다. 이것이 CERN이 5조 달러를 들여서 강입자 충돌기를 구축한 이유였다. 이것의 17마일에 이르는 고리는 지하 6천 피트 아래에 묻혀 있다. 과학자들은 힉스의 흔적이 어떤 것일지 알고 있는 듯 했다. 일단 형성되면, 힉스는 물리학자들이 충돌을 알기도 전에 즉시 다른 아원자 입자에서 붕괴된다. 아리송한 부분은 이러한 흔적이 힉스 보존의 존재인가 아님 단순히 관련없는 소음에 불과한 것인가이다. “당신은 이것이 힉스 폭발인지 아님 단순히 배후에서 오는 파편인지를 결정해야 한다.”라고 CERN의 연구진 중 한명인 샌디에고 캘리포니아 주립 대학의 Vivek Sharma가 말했다. 그 차이를 알기 위해서는, 수많은 충돌에서 오는 자료를 면밀히 분석하는 고달픈 작업이 필요하다. 이 작업이 가능한 지점으로 바로 간다는 것은 매우 어려운 일이다. “이 작업은 천천히 당신을 미치게 만들 것이며, 내가 죽기전에 이 빌어먹을 것을 찾을 수 있을까라는 의구심이 생길 것이다.”라고 1983년 “The Higgs Hunter’s Guide”라는 교과서를 집필한 이론 물리학자인 John Gunion가 말했다. 같은 책에서 1993년 “하느님 입자(God particle)”라는 용어를 만들어 낸 Leon Lederman은 처음에 이 입자를 “빌어먹을 입자(Goddamn Particle)”라고 하려 했지만, 출판업자는 이를 용납하지 않았다. 그는 이 아원자 입자에 관해서 한 두가지를 발견했으며, 1988년 뮤온 중성미자와 보텀 쿼크라는 아원자 입자를 발견함으로써 다른 두 사람과 함께 노벨상을 수상했다. LHC는 2010년 히기스 입자를 찾으려는 실험을 시작했고, 거의 400조의 양성자-양성자 충돌을 생성하여, 예상했던 것보다 6배 이상의 예기치않은 성과를 거두었다. 과학자들이 더 많은 충돌을 연구할수록, 그들은 그들의 결과물에 대한 확신을 통계적으로 조사할 수 있다. 올해 여름 프랑스에서 열린 과학 회의에서, CMS라는 약자로 알려진 Sharma의 연구진과 그들의 경쟁 상대인 ATLAS는 초기 결과물을 발표했다. 두 연구진 모두 이 입자에 대한 실마리를 보았고, 추측 연구는 끝나가고 있었다. 그러나 한달 후에, CERN 물리학자들은 인디아 뭄바이에서 열린 회의에서 힉스 입자에 관한 신호가 점점 약해지고 있다고 발표함으로써, 또 다른 흥분을 야기했다. 그들은 힉스가 존재하지 않는다는 가능성에 초점을 맞추었다. 지금, 다시 진자추가 흔들렸다. 지난 주, 힉스 신호가 다시 강화했다는 소문이 돌기 시작했다. 힉스의 매력은 과학자들을 넘어 확산되고 있다. Sharma가 지난 1월 UC 샌디에고에서 힉스 연구에 관한 강의를 했을 때, 초등학생과 인근의 첨단 기술 연구원 그리고 퇴직자를 포함하여 400명 이상의 사람들이 그의 강의를 듣기 위하여 운집하였으며, 심지어 물리 과학부서의 학장조차 자리를 찾지 못했다. 하지만 물리학자들보다 흥분한 이는 없었다. “우리는 말 그대로 밤낮으로 연구하는 수백명의 사람들이 있다. 이것은 내 생애에서 가장 흥미로운 순간 중 하나이다.”라고 CMS 대변인인 이탈리아 물리학자 Guido Tonelli가 말했다. 이 실험에 직접 참여하지는 않았지만, 그는 이번 가을 2주 동안 CERN에서 일어나고 있는 일들을 시찰하고 돌아왔다. “누구든지 사건이 일어나는 장소에 있고 싶어 한다. 우리는 오랜 시간동안 수많은 생각들만을 가지고 주위를 배회했다. 우리가 정말로 원하는 것은 답이다.”라고 그는 말했다. 제네바를 방문하지 못하는 사람들은 웹을 통해서 힉스 연구를 추적할 수 있다. CMS와 ATLAS는 결과물들을 그들의 홈페이지와 airXiv 웹사이트에 게재하였다. 연구진들은 파워포인트와 블러그를 통해서 그들이 이제껏 추적해온 힉스를 자세히 설명하였다. 뉴욕 콜롬비아 대학에서 수학을 가르치는 Peter Woit는 입자 물리에 관한 블러그인 Not Even Wrong의 저자이다. 그가 내부 커뮤니케이션을 통해서 ATLAS 연구진이 힉스를 감지했다고 제안한 것(ATLAS는 후에 그것이 아니라고 말했다.)을 지난 4월 게제했을 때, 그의 블러그는 열광적인 관심을 받았다. “나는 관심있는 사람들을 위한 블러그를 만든다.”라고 그는 말했다. 만약 입자자 LHC 자료에 구체화되어 나타나지 않는다하더라도, 전체 표준 모델이 잘못되었다는 것은 아니다. 그러나 물리학자들은 다른 종류의 힉스나 많은 다른 힉스의 조합물을 상상할 수 있다. 그들은 또한 LHC를 사용하여 그것들을 찾을 수 있는 방법을 알아내야 한다. Woit는 힉스가 희귀한 입자로 남아 있길 원한다. “우리가 만약 힉스를 찾았는 데, 그것이 우리가 원하는 것이 아니였다면, 정말 실망스러울 것이다. 그리고 삶은 재미없어질 것이다.”라고 그는 말했다. 반면, Wilczek는 CERN 과학자들이 힉스의 존재에 대해서 강하지만 확정적이지 않은 보고를 한 최신 소식을 보길 원한다. 2005년으로 돌아가서, 그와 MIT 동료인 실험 물리학자 Janet Conrad는 내기를 하였다. 만약 힉스가 발견되면, Conrad는 Wilczek에게 스톡홀름의 노벨상 행사장에서 주어지는 초컬릿 동전 10개를 주기로 했다. 만약 힉스가 발견되지 않으면, Wilczek는 Conrad에게 100개의 초컬릿을 주기로 했다. 내기는 Wilczek의 승리인 것 같다. “이것은 단지 가속기가 충분히 길게 작동하냐의 문제다.”라고 그는 말했다. Sharma는 어떠한 방법으로든 이 문제가 해결되길 원한다. 그래서 제네바와 샌디에고 사이의 통신을 그만두길 원한다. “힉스의 존재 유무가 나에겐 그리 중요하지 않다. 그것은 범죄 현장과도 같다. 만약 그것이 존재한다면, 우리는 찾을 것이고, 만약 그렇지 않다면, 그만 둘 것이다.”라고 그는 덧붙였다. 출처 : http://www.physorg.com/news/2011-12-scientists-hints-elusive-particle.html