작성일 : 13-12-02 00:07
‘힉스입자 발견’ 뒤의 놀라운 비밀
 글쓴이 : 자료팀
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‘힉스입자 발견’ 뒤의 놀라운 비밀
 
 
2013년 10월 4일, 세계 물리학계가 발칵 뒤집혔습니다. 일본 언론들이 ‘신의 입자’로 불리는 힉스입자(Higgs boson)의 존재가 확인됐다는 보도를 전 세계에 타전했기 때문입니다. 그런데 힉스입자가 무엇인지 헷갈리는 분도 계실 것 같습니다. 언론보도를 보면 일반인이 이해하기 쉽게 쓰지 않아서 혼란만 가중시키고 있으니 말입니다.
 
그래서 필자가 힉스입자를 좀 쉽게 설명해 보겠습니다. 우리 인류의 기원은 ‘창조론’과 ‘진화론’으로 맞서 있습니다. 신이 인간과 만물을 창조한 것인지, 아니면 우주 빅뱅을 통해 대폭발이 일어났고, 이런 과정에서 지구가 탄생한 것인지 아직 명확하게 밝혀진 것은 없습니다.
 
 
'힉스입자'는 이러한 인류 탄생의 비밀을 풀어주는 열쇠라고 보시면 됩니다. 도대체 우주 탄생 당시 무슨 일이 있었던 것일까요? 지난 반세기 동안 과학자들은 우주는 100억년도 훨씬 전의 '대폭발'에서 시작한 것으로 설명해 왔습니다. 즉 우주는 '빅뱅'(대폭발)으로 태어났고, 지금도 팽창한다는 것이 정설입니다. 물론 대폭발 이전에는 시간,공간,물질 어느 것도 없었는데, 빅뱅으로 물질과 반물질이 함께 태어났고,어쩐 일인지 반물질은 사라지고 물질만 남아 지금 우리 세상이 존재하게 됐다는 것입니다.
 
힉스입자는 이런 것을 증명해 줄 최초의 우주 물질인 것입니다. 그래서 ‘신(神)의 입자’라고 불려왔습니다. 우주 대폭발 직후 12종의 근본 입자에 질량을 부여한 입자이기 때문입니다. 힉스 입자는 오랫동안 수수께끼로 남아 있던 질량의 기원을 설명해 주는 표준 모형이나 다름없습니다.  
 
 
1964년 피터 힉스 박사가 존재 예언

1964년 영국의 물리학자 피터 힉스((P.W. Higgs, 84)가 그 존재를 예언했고, 처음 주장한 그의 이름을 따서 ‘힉스’로 명명했습니다. 그후 ‘힉스 입자’는 오랫동안 물질을 구성하는 기본입자 중에서 유일하게 관측되지 않은 가상의 입자로 남아 있었습니다. 힉스는 우주 어디엔가 빅뱅이 일어난 137억년 전 우주 탄생 당시 모든 물질에 질량을 부여한 뒤 사라진 입자가 있을 것이라고 추정했습니다.
 
 
힉스입자를 발견하기 위해 세계에서 가장 먼저 실험을 계획한 것은 미국입니다. 미국 국립페르미가속기연구소는 1983년 둘레 6.28km에 달하는 ‘테바트론(Tevatron)’을 만들었으나, 2008년 유럽입자물리연구소(CERN)가 약 100억 달러의 예산을 투입해 둘레 27km에 달하는 대형강입자충돌형가속기(LHC)를 만들면서 테바트론의 입지는 위축되기 시작했습니다, 미국의 재정난과 함께 2011년 9월 막을 내리고 맙니다.
 
CERN, 지난해 7월 힉스 추정 입자 발견

그 뒤 세계 물리학자들로 구성된 유럽입자물리연구소(CERN)는 LHC를 이용해 두 개의 양성자(수소 원자에서 전자가 없는 입자)를 강력한 전기장과 자석으로 가속하고 빅뱅 당시와 비슷한 에너지로 서로 정면충돌시키는 실험을 통해 힉스입자의 존재를 확인함으로써 '입자의 표준모형'을 완성시키고자 노력했습니다.
 
 
그 결과 CERN은 힉스로 추정되는 입자를 발견했다고 2012년 7월4일 발표합니다. CERN은 거대강입자가속기에 설치된 두 검출기(ATLAS, CMS)를 분석한 결과를 바탕으로 힉스입자의 질량이 약 125~126GeV(기가전자볼트)일 것으로 예상했고, 힉스입자의 존재 가능성에 대해 2011년 말에 비해 진전된 99.9%로 발표했습니다. 
 
 
당시 연구소 측은 아직 공식화하기에는 이르다는 입장을 밝히며 충분한 실험을 통해 힉스의 존재 여부를 검증하겠다고 했고, 이후 8개월이 지난 3월14일 이전에 발견된 소립자는 힉스입자로 판명되었다고 밝혔습니다.
 
일본 과학자 주축 국제 연구팀이 존재 최종 확인

그후 CERN의 후속 연구에 박차를 가했고, 이를 통해 발견한 입자가 힉스입자일 확률이 점점 더 높아졌습니다. 그리고 이번에 일본 도쿄대와 일본 고에너지가속기연구기구 등이 참여한 국제 연구팀이 그 존재를 확인한 것입니다.
 
 
국제 연구팀은 실험을 통해 힉스입자의 질량이 양자의 약 134배인 125.5GeV(기가전자볼트)이며 힉스입자의 스핀(운동량) 값이 표준모형에 맞게 0인 것으로 확인됐기 때문에 힉스입자 발견이 학술적으로 확정됐다는 결론을 내렸다고 밝혔습니다. 이 내용은 오는 10월7일 유럽의 학술지 ‘피직스 레터B’에 실릴 예정이라고 하니, 그때가 되면 자세한 실험 내용을 알 수 있을 것 같습니다. 이로써 힉스입자의 존재를 처음으로 예언한 피터 힉스 박사는 올해 노벨물리학상의 유력 후보 중 한 명으로 꼽히고 있습니다. 정말 과학의 힘은 신비롭고 놀랍습니다.