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[과학뉴스] 물질의 기원 '힉스 입자' 존재 확인

출처: 조선일보 : 2013.10.08 09:42

日 신문 "도쿄대 등 국제 연구팀 밝혀내" 
우주 만물이 생겨난 비밀 밝혀낼 단서

피터 힉스 박사(84세)

 

'신의 입자'로 불리는 힉스 입자(Higgs boson)의 존재가 마침내 확인됐다고 합니다. 일본 마이니치신문은 지난 4일 "최근 도쿄대와 일본 고에너지가속기연구기구 등이 참여한 국제 연구팀이 힉스 입자의 존재를 확인했다"고 보도했습니다. 힉스 입자의 존재를 밝혀내기 위해 지난 2008년 유럽입자물리연구소(CERN)가 대형 강입자충돌기(LHC)를 가동하기 시작한 이래 5년 만입니다. CERN은 지난해 7월 "힉스로 보이는 입자를 발견했다"고 발표했고 지난 3월에는 "이 입자가 힉스일 가능성이 크다"는 분석 결과를 내놓은 바 있습니다.

 

▲ 유럽입자물리연구소의 강입자충돌기(LHC)에 있는 검출기 중 하나인 CMS 검출기.

/ 조선일보 자료사진

힉스 입자가 실제 존재한다는 사실을 접한 전 세계 물리학자들은 흥분을 감추지 못하고 있습니다. 힉스는 우주 만물이 생겨난 비밀을 밝혀낼 단서가 되기 때문이지요. 힉스 입자는 1964년 영국 이론물리학자 가 처음 존재를 주장한 가상 입자입니다. 현대물리학의 뿌리가 되는 '표준모형'을 설명하려면 반드시 필요한 요소이지요. 표준모형은 물질을 구성하는 입자와 이들 사이에서 작용하는 힘의 원리를 밝힌 현대 입자물리학 이론을 말합니다. 표준모형에 따르면 지금으로부터 137억 년 전 우주에서 대폭발(빅뱅)이 일어났습니다. 이 폭발과 함께 12개 기본입자와 4개 매개입자, 그리고 힉스 입자까지 총 17개 작은 입자(소립자)가 생겨났지요. 태초의 우주는 완벽하게 대칭을 이루고 있었다고 해요. 하지만 힉스 입자로 인해 16개 소립자가 특정한 성질과 질량을 갖게 됐고 태양과 지구, 달, 인간 등 우주 만물이 생겨났습니다. 다시 말해, 힉스 입자는 우리 주변에서 볼 수 있는 모든 물질의 기원이 되는 셈이지요. 힉스 입자를 '신의 입자'로 부르는 것도 바로 이런 이유에서입니다. 이번 발표를 통해 표준모형에 등장하는 17개 소립자가 모두 밝혀졌습니다.

▲ 지난해 7월 유럽입자물리연구소(CERN)가 발견한 힉스 입자 상상도.

/ 조선일보 자료사진

 

사실 그동안 세계 물리학자들은 힉스 입자의 존재가 속 시원히 밝혀지지 않아 속앓이를 했었다고 해요. 표준모형은 1960~70년대 처음 만들어진 이후로 현대물리학의 근간으로 삼았던 이론이거든요. 만일 힉스 입자의 존재가 확인되지 않았다면, 지난 수십 년간 '정설'이라고 여겼던 이론을 부정해야 하는 아찔한 상황이 연출될 뻔했죠. 힉스 입자의 존재를 확인한 물리학자들이 환호성을 내지르는 건 바로 이런 이유에서랍니다.

한편 힉스 입자의 존재를 주장한 물리학자 힉스는 8일(스웨덴 현지시각) 예정된 노벨물리학상 수상자 발표를 앞두고 1순위 후보로 꼽히고 있습니다.

노벨물리학상, 만물의 질량 근원 예견한 힉스 등 2명 수상(종합)

출처 : 조선일보 2013.10.08 20:46

 

▲ 올해 노벨물리학상의 영예를 안은
프랑수아 앙글레르 벨기에 브뤼셀 자유대 교수와
피터 힉스 영국 에딘버러대 교수.

올해 노벨 물리학상은 우주와 물질에 질량을 주는 메커니즘을 이론적으로 예측한 과학자들에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학상 위원회는 프랑수아 앙글레르 벨기에 브뤼셀 자유대 교수(81)와 피터 힉스 영국 에딘버러대 교수(84)를 올해 수상자로 선정했다고 8일(현지시각) 밝혔다.
노벨상 위원회는 “우주만물에 존재하는 기본입자에 질량을 부여한 메커니즘을 이론적으로 예측하고 최근 유럽입자물리연구소(CERN)가 이를 실험적으로 찾을 수 있도록 근거를 마련한 공로”라고 선정 이유를 밝혔다.
우주 탄생을 설명하는 현대물리학의 ‘표준 모형’에 따르면 물질은 기본 입자 12개로 구성된다. 이 모형의 원칙에서는 12개 입자에 질량이 없다. 하지만 입자가 결합해 만들어진 물질에는 질량이 있는 모순이 생겼다. 물리학자들은 이 모순을 ‘힉스’ 입자로 설명하고 있다. 현대 입자물리학에서는 양성자, 중성자 등 모든 소립자에 질량을 갖게 하는 ‘힉스’라는 입자의 존재를 가정해 왔다. 힉스가 없다면 우주의 질량은 ‘0’이다.

지금까지 기본 입자 12개의 존재는 모두 실험을 통해 확인했지만, 힉스 입자는 아직 확실하게 발견되지 않았다.

프랑수아 앙글레르 교수는 작고한 로버트 브라우트 교수와 함께 1964년 대칭성이 깨지면서 전자와 같은 입자들이 질량이 생긴다는 힉스 메커니즘의 초기 이론을 제시했다. 힉스 교수는 같은 해 자신의 논문에서 자발적인 대칭성이 깨지면서 기본입자에 질량이 주어지는 과정에서 추가적으로 새 입자가 더 있어야 한다고 주장했다. 바로 ‘신(神)의 입자’로 불리는 힉스 보손이라는 입자다.

이 이름은 한국이 낳은 세계적인 물리학자 고(故) 이휘소 박사는 1972년 국제학회에서 영국의 힉스 교수가 예측한 입자를 ‘힉스 보손’이라고 처음 명명하면서 공식 명칭이 됐다.

유럽입자물리연구소(CERN)는 2010년부터 강입자충돌기(LHC)에서 빅뱅(Big Bang·우주 대폭발) 직후를 재현하는 실험을 한 결과, 2개 검출기에서 힉스가 나타난 흔적을 확인했다. CERN은 지난 3월 힉스 입자를 발견했다고 공식 선언하면서 두 사람의 노벨상 수상 가능성이 높게 점쳐졌다.

벨기에 국적의 엥글레르 교수는 힉스에 앞서 동료 물리학자 로버트 브라우트 박사와 함께 신의 입자 관련 이론을 발표했다. 브라우트는 그러나 힉스 입자 발견을 확인하지 못하고 사망했다.

입자 이름의 주인인 힉스 교수는 이론 발표는 한발 늦었지만 힉스 입자의 존재를 더욱 명쾌하게 예측하고 이론화했다는 평을 받고 있다.

힉스 박사가 1964년 '존재한다'고 밝힌 힉스입자는 지난해 7월 유럽입자물리연구소(CERN)가 그 존재를 공식 확인했다.