세계 과학계는 조만간 현대물리학 교과서를 다시 써야할지도 모른다. 반세기 동안 우주 만물 형성의 기원을 추적해온 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 흔들리게 된다.
롤프 디터 호이어 유럽입자물리연구소(CERN) 사무총장은 4일(현지시간) 호주 멜버른에서 열린 ‘국제고에너지물리학회(ICHEP 2012)’에서 “거대강입자가속기(LHC)에서 힉스 입자를 탐색하고 있는 CMS와 아틀라스(ATLAS)팀이 힉스입자일 가능성이 큰 새로운 입자를 찾았다”고 밝혔다.
새로 발견된 입자는 125GeV(기가전자볼트)의 질량을 가지는 것으로 알려졌다. 이는 양성자 질량의 125배라는 뜻으로 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 ATLAS팀은 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 이상이라는 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 받으려면 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.
고병원 고등과학원 교수는 “이번 결과는 우주과학에서 외계인을 만난 것에 비유할 정도로 큰 의미가 있는 것은 사실”이라면서 “하지만 이 외계인이 원래 만나려고 했던 화성인인지 아닌지 여부를 아직 가릴 수는 없는 수준”이라고 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 인정받을 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. CERN은 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 이름을 따 ‘힉스’로 명명했다.
ChosunBiz
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