출처 보도일자 빅뱅 등 우주 탄생의 비밀 밝힐 중요한 역할 기대

제목 출처 보도일자 빅뱅 등 우주 탄생의 비밀 밝힐

중요한 역할 기대

2012년 7월5일(목)

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• 유럽입자물리연구소(CERN)가 새로운 입자 발견의 증거로 공개한CMS검출기 사진. 양성자 충돌후힉스로 추정되는 입자가두개의선(녹색)으로 붕괴되면서 튀어나가는 모습이다. CERN 제공

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힉스로 추정되는 새로운 입자의 발견에 대해 관련 학계는 현대 입자물리학의 근간인 '표준모형' 완성에 성큼 다가선 큰 진전으로 평가하고 있다. 하지만 확률상 힉스일 가능성이 높더라도 최종 확인까지는 추가실험이 필요하다며 여지 를 남겨두고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 12월 중 힉스 여부를 최종 확인할 수 있을 것으로 전망했다.

손동철 경북대 물리학과 교수는 "힉스 입자의 발견은 표준모형의 완성을 뜻한다"고 설명했다. 이날 AP는 "소립자에 질량을 부여한, 아마도 힉스로 보이는 새로운 입자를 찾았다"고 전했고, 영국 BBC 방송도 "힉스 입자의 '발견'에 거 의 도달했다"고 보도했다.

물리학계는 이번에 발견한 새로운 입자가 힉스라면 우주의 초기 상태나 기원을 밝히는데 중요한 역할을 할 것으로 보고 있다. 힉스는 137억년 전 빅뱅(우주 대폭발) 직후 소립자에게 질량을 부여한 뒤 곧바로 사라진 것으로 추정된 다.

고병원 고등과학원(KIAS) 물리학과 교수는 "지금까진 자연계에 중력, 전자기력 등 네 가지 힘만 있다고 생각했다.

하지만 힉스가 발견되면 이 입자가 소립자에 질량을 주는 '제5의 힘'이 존재한다는 말이 된다. 소립자 질량의 기원 을 이해하는 첫 단추가 될 것"이라고 설명했다. 가령 전자의 질량이 왜 9.11×10⁻³¹㎏인지 수수께끼를 풀 수 있다는 얘기다. 새로운 입자가 힉스가 아닌 것으로 판명되면 표준모형을 대체할 이론을 만들어야 한다.

보통 입자 검출은 양성자와 양성자를 양쪽에서 빛에 가까운 속도로 가속해 충돌시켜 생기는 새로운 입자를 검출기 로 확인하는 방식이다. 그러나 힉스 입자는 아주 짧은 시간 동안만 존재하다가 곧바로 다른 입자들로 붕괴하기 때문 에 분석이 쉽지 않았다. 다만 실험속도가 매우 빨라졌기 때문에 CERN는 지금까지 얻은 데이터의 3배를 올해 12월

고병원 교수는 "발견된 새 입자의 성질이 표준모형에서 말한 힉스 입자와 많이 비슷하지만, 일부 실험결과에선 부족 함이 있다"며 "실험 데이터가 더 모이면 표준모형에서 유일하게 찾지 못한 힉스 입자가 맞는지 알 수 있을 것"이라 고 말했다. 박인규 서울시립대 물리학과 교수도 "CERN의 지난해 발표는 외계인이 지나간 단서를 발견했다는 것이 고, 이번에는 외계인을 포착하긴 했으나 우리가 찾던 화성인인지, 예상치 못한 또 다른 외계인인지는 추가 실험이 필요하다는 뜻"이라고 말했다.

이번 발표로 힉스 찾기를 비롯한 가속기 경쟁에서 유럽이 주도권을 쥐게 됐다는 평가도 나온다. 1990년대만 해도 미국은 테바트론을 운영하면서 힉스 찾기를 주도했다. 하지만 2008년 LHC가 완공되면서 '세계 최대 입자가속기'의 영예는 유럽으로 넘어갔다. 충돌에너지를 높여 양성자를 더 세게 부딪히게 하면 힉스를 발견할 확률도 더 높아진다.

LHC와 테바트론의 둘레는 각각 27㎞, 6.28㎞로 LHC의 성능이 월등하다.

미국 과학전문지 <와이어드>는 "미국이 수십 년 간 막대한 자금을 투자하고도 찾지 못한 힉스의 존재를 유럽이 확 인한 것은 미국의 자존심에 큰 상처를 냈다"고 평가했다.

제목 출처 보도일자

우주 설명 ‘표준 모형’에 한발 다가서다

경향신문

2012년 7월4일(수)

물리학계는 지난 50여년간 힉스 입자를 찾기 위해 노력해왔다. 이를 위해 인류 역사상 가장 위대한 과학기술의 집 약체로 불리는 거대강입자가속기(LHC)를 만들었다. 둘레가 27㎞에 달하는 이 가속기는 내부가 영하 271.3도다. 우 주에서 가장 추운 곳이다. 또한 기압이 달의 10분의 1에 불과하다. 초진공 상태인 것이다. 물리학자들은 우주에서 가장 최극한의 조건을 만들어놓고 두 양성자를 8테라전자볼트(TeV)라는 엄청난 에너지를 가지고 충돌시켰다. 이때 양성자는 빛과 비슷한 속도로 운동한다. 1초에 빛의 이동거리보다 겨우 8m 뒤진다. 엄청난 속도인 것이다.

연구소의 발표로 물리학은 새로운 시대에 진입했다. 그러나 이번에 발견된 새로운 입자가 과연 표준모형의 힉스 입 자인지, 그와는 성질이 다른 새로운 입자인지를 규명하기 위해서는 시간이 더 필요하다. 국제학계에서는 이를 밝히 기 위해 LHC에서 양성자 대신 전자와 양전자를 충돌시키거나 새로운 국제선형가속기를 건설하는 방안을 논의 중이 다.

누구든지 살아오면서 한번쯤은 우주만물이 무엇으로 이루어져 있을까 하는 궁금증을 가졌을 것이다. 이 질문에 대한 답을 입자물리학의 표준모형이 제시한다. 입자물리학은 획기적인 발전을 거듭하며 발전해왔다. 19세기에 물질을 계 속 쪼개면 원자로 되어있다는 사실이 발견됐다. 20세기 초엔 원자가 전자와 핵, 핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있다는 것이 발견됐다. 1970년대에 양성자와 중성자가 쿼크와 글루온이라는 기본입자로 이루어져 있다는 것이 밝혀 졌다. 그러면서 등장한 것이 표준모형이다.

표준모형에 따르면 우주를 이루는 기본입자는 6가지 종류의 쿼크와 전자·전자중성미자를 포함하는 6개의 경입자다.

이들은 전자기력, 약한 핵력, 강한 핵력, 그리고 만유인력(중력)으로 상호작용한다.

표준모형은 우주만물을 설명하는 틀이지만 아직 미완성이다. 소위 ‘신의 입자’라고 불리는 힉스 입자를 발견하지 못 했기 때문이다. 힉스 입자는 지금까지 발견된 모든 입자에 질량을 부여하는 기본입자다. 힉스 입자가 발견돼야 표준 모형이 완성된다.

우주에 가득한 힉스장은 수영장의 ‘물’과 같고, 우주를 움직이는 기본입자는 ‘수영하는 사람’에 비유할 수 있다. 힉스 장과 기본입자가 강하게 결합하면 관성(저항)이 커진다. 그리고 질량이 큰 입자(어른)는 힉스 입자(물결)를 더 잘 만 들어낸다.

하지만 이번에 발견된 새로운 입자가 표준모형의 힉스 입자로 판명 나도 입자물리학의 모든 문제가 해결되진 않는 다. 20세기 말에 들어와서는 더욱 더 믿기 어려운 사실이 밝혀졌기 때문이다.

우리가 만물의 근원이라고 믿고 있던 원자가 우주의 4%에 불과하고, 우주 에너지의 대부분은 암흑물질과 암흑에너 지로 되어있다는 것이다. 우주의 대부분은 우리가 모르는 것들로 이루어져 있다는 말이다. 이러한 관측결과는 물리 학자들에게 새로운 문젯거리를 던져줬다.

암흑물질을 설명하기 위해서는 기존의 표준모형이 적절히 수정돼야 한다. 현재 많은 학자들이 암흑물질과 암흑에너 지를 이해하기 위해 밤낮없이 연구한다. 그리고 힉스 입자가 왜 125GeV(기가전자볼트) 정도로 가벼운지도 수수께 끼다. 이에 대한 대답을 주는 이론 중 가장 각광을 받는 이론이 초대칭이론이다. 아직까지는 발견되지 않은 초대칭 입자가 LHC에서 앞으로 발견될지가 물리학자들의 초미의 관심사이다.

만일 이번에 발견된 입자가 표준모형의 힉스 입자가 아니라면 이 입자를 설명하는 새로운 모형들을 연구해야 한다.

입자물리학자들이 연구할 주제가 많아지기 때문에 가장 이상적인 시나리오다.

현재 수많은 국내 과학자들이 정부의 지원을 받으면서 LHC 실험에 참여하고 있다. LHC와 앞으로 CERN에서 진행 할 여러 가지 실험에 참가하는 국내 연구진을 늘릴 필요가 있다.

이런 거대실험에 참여하여 다른 나라의 과학자들과 경쟁하는 것은 월드컵이나 올림픽처럼 국가 간의 지적인 올림픽 이라고 할 수 있다. 이를 위해서 정부의 지원이 지속적으로 늘어나길 기대해 본다.

<고병원 | 고등과학원 교수>

제목 출처 보도일자

"CERN '힉스 추정' 새 입자 발견"

현대 물리 다시 쓰나

2012년 7월4일(수)

세계 과학계는 조만간 현대물리학 교과서를 다시 써야할지도 모른다. 반세기 동안 우주 만물 형성의 기원을 추적해 온 물리학자들이 지금까지 알려지지 않았던 새로운 입자를 발견했다.

이 입자는 우주 만물에 질량을 부여한 ‘힉스(Higgs)’<키워드> 입자로 추정되고 있지만 정작 이를 발견한 과학자들은

“추가 검증이 필요하다”며 조심스럽다.

올 연말까지 이어지는 추가 검증에서 새 입자가 힉스로 최종 판명되면 가장 우주를 잘 설명하는 표준모형이 마침내 완성을 보게 된다. 반면 새 입자가 과학자들이 전혀 예측하지 못했던 입자로 확인되면 물리학의 근간은 송두리째 흔 들리게 된다.

롤프 디터 호이어 유럽입자물리연구소(CERN) 사무총장은 4일(현지시간) 호주 멜버른에서 열린 ‘국제고에너지물리학 회(ICHEP 2012)’에서 “거대강입자가속기(LHC)에서 힉스 입자를 탐색하고 있는 CMS와 아틀라스(ATLAS)팀이 힉 스입자일 가능성이 큰 새로운 입자를 찾았다”고 밝혔다.

새로 발견된 입자는 125GeV(기가전자볼트)의 질량을 가지는 것으로 알려졌다. 이는 양성자 질량의 125배라는 뜻으 로 CERN이 앞서 지난해 말 힉스 흔적을 발견했다고 밝힌 질량 범주인 115~127GeV에 포함된다.

한국 입자물리학자들이 참여하고 있는 미국 주도의 CMS팀과 일본 과학자들이 참여하고 있는 유럽 주도의 ATLAS 팀은 2008년부터 둘레 길이가 27㎞에 이르는 LHC에서 양성자빔을 빛의 속도로 부딪혀 힉스가 생성되는 빅뱅 직후 1000만분의 1초 상황을 재현해왔다.

CMS팀은 최근 6개월에 걸친 실험에서 얻은 결과를 분석한 결과 이번에 발견한 입자가 존재할 확률이 5.1시그마 이 상이라는 사실을 확인했다. 이는 확률로 환산하면 99.99932~99.9994%로 300만번 실험했을 때 1번 정도 이상이 발생하는 수준이다.

ATLAS팀 역시 새 입자가 존재할 확률이 4.5시그마라며 힉스일 가능성이 높다는 의견을 내놓을 것으로 알려졌다.

CMS 한국팀장을 맡고 있는 박인규 서울시립대 물리학과 교수는 “통상 물리학에서 ‘과학적 발견’이라고 인정을 받으 려면 5시그마 이상이어야 한다”고 설명했다.

새 입자가 힉스일 가능성이 높다는 외신과 여론의 기대에도 불구하고 CERN측은 조심스러운 반응이다. 힉스는 아주 짧은 시간만 존재했다 다른 입자로 붕괴되기 때문에 이를 확인하려면 1년 내내 24시간 검출기로 붕괴되는 특성을 촬영해야 한다.

하지만 새로 발견된 입자는 힉스와 아주 비슷한 생성률을 갖지만 힉스가 다양한 입자로 붕괴될 때 발견되는 성질이 일부 발견되지 않았기 때문이다.

호이어 총장도 “이 입자가 20년 가까이 찾아 헤맨 힉스인지는 확실하지 않다”며 “지금까지 발견되지 않았던 새로운 입자일 수도 있다”고 설명했다.

설명했다.

CERN의 과학자들은 올해 12월까지 새 입자가 힉스인지를 가리기 위한 분석작업에 들어간다.

과학자들이 새 입자가 힉스라는 사실을 밝혀낼 경우 현대물리학의 축을 이루는 표준 모형은 완벽한 이론으로 인정 받을 수 있다. 반면 초끈이론, 초대칭이론 등 표준 모형의 오류나 맹점을 지적해 온 이론들은 설자리를 잃는다.

반면 새 입자가 힉스가 아닌 전혀 새로운 입자로 확인되면 현대물리학은 처음부터 다시 시작할 수밖에 없다. CERN 은 올해 가을쯤 논문을 작성해 연말쯤 힉스의 존재 여부에 대한 최종 결론을 발표할 계획이다.

☞힉스(Higgs)

현대 물리학에서 우주 만물을 설명하는 ‘표준 모형’은 모든 물질이 기본 입자 6쌍과 힘을 매개하는 입자 4개 등 총 16개로 구성돼 있다는 이론이다. 하지만 과학자들은 이들 입자가 어떻게 각기 다른 성질과 질량을 갖게 됐는지는 밝혀내지 못했다. 1964년 피터 힉스 영국 에든버러대 물리학과 교수는 “137억년 전으로 추정되는 ‘빅뱅’ 직후 이들 입자들에 질량과 성질을 부여한 또 다른 무거운 입자가 있었다”는 가설을 제시했고, 고(故) 이휘소 박사가 그의 이 름을 따 ‘힉스’로 명명했다.

제목 출처 보도일자

홍릉단지 새 미래 미션 논의 착수

2012년 7월4일(수)

CERN,힉스입자 발견(EPA=연합뉴스) 힉스입자일 경우 물리학계 '표준모형' 완성…질량 생성의 기원 이해 힉스입자 아니더라도 그 자체로 의미

(서울=연합뉴스) 이주연 기자 = 전세계 물리학계가 지난 20년간 찾아헤맨 힉스 입자(Higgs Boson)로 추정되는 소 립자를 발견해 흥분하고 있다. 그러나 이 입자가 힉스 입자가 맞는지, 또 다른 입자인지는 올해 연말에야 확신할 수 있을 것으로 전망된다.

유럽핵입자물리연구소(CERN)는 4일 대형강입자충돌기(LHC)를 통해 지난달까지 얻은 실험 데이터를 바탕으로 "힉 스 입자 이론에 부합하는 새 소립자(素粒子)를 발견했으며, 잠정적인 결과이지만 힉스 입자로 매우 강하게 추정된다

"고 밝혔다.

CERN은 지난해 12월 저에너지 범주인 126GeV(기가전자볼트) 영역에 힉스 입자의 흔적이 집중돼있었다고 밝힌 바 있다. 그러나 당시에는 실험의 신뢰도가 새로운 발견에 요구되는 5시그마 수준에 크게 못 미쳐 가능성만 확인했다.

5시그마는 170만번 중 1번의 실수가 나타날 정도의 신뢰도를 말한다.

이후 CERN은 대형강입자충돌기의 에너지를 지난해 7TeV에서 올해 8TeV로 높여 실험했고 기대했던 것보다 많은 양의 데이터를 수집, 4~11일 열리는 국제고에너지물리학회(ICHEP) 기간에 맞춰 발표하기에 이르렀다.

입자 검출은 양성자와 양성자를 양쪽에서 빛에 가까운 속도로 가속해 충돌시켜 생기는 새로운 입자를 검출기가 포 착해 확인한다. 그러나 힉스 입자는 아주 짧은 시간 동안만 존재하다가 곧바로 다른 입자들로 붕괴하기 때문에 분석 이 쉽지 않다.

CERN은 실험의 신뢰성을 높이기 위해 CMS와 아틀라스 등 2개팀으로 나눠 힉스 입자를 추정해왔다. CMS팀은

"125GeV의 질량 대에서 통계적 의미를 갖는 사건들을 관측했다"며 "우리는 지금까지 관측되지 않은 125GeV의 질 량을 가진 새로운 입자의 생성 때문으로 해석한다"고 말했다. CERN은 광자, 전자, 뮤온 등을 5개의 사건형태로 나 눠 실험했으며 일부 결과를 합산하면 5시그마에 이른다고 밝혔다.

박인규 서울시립대 물리학과 교수는 "CERN의 지난해 발표는 외계인이 지나간 단서를 발견했다는 것이고, 이번에는 외계인을 포착하긴 했으나 우리가 찾던 화성인인지, 예상치 못한 또 다른 외계인인지는 추가 실험이 필요하다는 뜻"

이라고 설명했다.

CERN의 실험 속도가 매우 빨라졌기 때문에 지금까지 얻은 데이터의 3배 수준을 올해 12월께 얻고 발견된 새로운 입자가 힉스인지 확정할 수 있을 것으로 보인다.

고병원 고등과학원 물리학부 교수는 "발견된 새 입자의 성질이 표준모형에서 말한 힉스 입자와 많이 비슷하지만, 일 부 실험결과에선 부족함이 있다"며 "실험 데이터가 더 모이면 표준모형에서 유일하게 찾지 못한 힉스 입자가 맞는지 알 수 있을 것"이라고 말했다.

힉스 입자가 맞다면 물리학계의 '표준모형'을 완성할 뿐 아니라, 질량의 생성 기원을 이해하는데 도움될 것으로 기대 된다. 입자들을 수학적으로 완벽하게 기술할 수도 있다. 또 중력·전자기력·약한 핵력·강한 핵력 등에 이은 제5의 힘 을 발견하는 의미가 있다. 물리학계가 흥분하는 이유다.

박 교수는 "이번 연구성과로 미지의 새로운 물리학을 찾는 입자 탐색의 영역이 넓어질 것"이라며 "만약 힉스 입자가 아니더라도 그 자체로 의미가 있다"고 말했다.

CERN,힉스입자 발견(EPA=연합뉴스)