CERN 국내 연구진 "힉스 입자 여부, 12월까지 검증"

[박계현기자] "아직 힉스 입자라고 확신할 수는 없지만 이번에 발견한 입자가 새로운 입자인 것은 확실하다."

유럽핵입자물리연구소(CERN)는 4일(현지시간) 호주 멜버른에서 열린 고에너지학회 연합 세미나에서 대형강입자충돌기(LHC)를 이용하는 CMS(Compact Muon Solenoid) 실험팀이 125GeV(기가전자볼트, 1Gev는 10억 전자볼트)의 질량대에서 새로운 입자를 발견했다고 발표했다.

CMS 실험팀은 "125GeV에서 관측된 입자는 5시그마 신뢰도에서 표준모형의 힉스 입자에 부합한다"고 밝혔다. 이번 실험결과에서 오차가 발생할 확률은 99.99994%이다.

CERN 연구진은 "오는 12월까지 지금까지 얻은 통계치의 약 세 배에 달하는 데이터를 얻을 수 있을 것"이라며 "오늘 발견된 입자의 성격이 힉스인지 아닌지는 12월에 알 수 있을 것"이라고 전했다.

CMS 실험팀의 일원인 박인규 서울시립대 교수는 "힉스입자를 발견하면, 자연과학에서 얘기하는 중력·전자기력·약한핵력·강한핵력에 이어 제 5의 힘을 발견하는 것"으로 "질량이 생성되는 기원을 알 수 있다"고 말했다.

현대물리학은 모든 물질을 6쌍의 구성입자와 힘을 전달하는 4개의 매개입자로 구성됐다고 설명하고 있다. 이중 16개 입자는 실험을 통해 표준모형이 검출됐지만 각 입자의 성질과 질량은 규명되지 않았다.

힉스 입자는 이들 입자의 질량과 성질을 밝힐 실마리이자 가장 마지막까지 표준모델이 규명되지 않은 입자이다.

힉스 입자는 노벨물리학상 수상자인 레온 레더만 박사가 표준모형을 설명하는 저서에서 제목을 'God damn particle(빌어먹을 입자)'이라고 붙인 데서 '신의 입자'라는 별칭을 얻기도 했다.

박인규 교수는 "표준모형은 우리 주변의 모든 입자들을 수학적으로 설명하는 수학적 모델로, 이론물리학이 수학에 머무르지 않고 자연계로 오기 위해선 입자가 서로 다른 질량을 갖는다는 것을 설명해야 한다. 표준모형의 힉스 입자가 규명될 경우, 물질들이 서로 다른 질량을 가진다는 것을 설명할 수 있게 된다"고 말했다.

박 교수는 "이번에 발견된 입자는 지금까지 발견된 표준모형 중 가장 무거운 질량의 입자로, 힉스 입자가 아닐 경우에도 그 자체로 의미가 있는 발견"이라고 덧붙였다.

이번 입자가 최종적으로 힉스 입자의 표준모형이 아닌 것으로 밝혀진다고 해도 현대물리학적으로 충분히 의미가 있는 발견이라는 설명이다.

박인규 교수는 "지난 2011년 발표가 외계인이 존재하는 흔적을 포착했다는 것이라며, 오늘 발표는 외계인을 발견했다는 것"이라며 "다만 이 외계인이 20년간 찾아헤매던 화성인인지, 다른 행성의 외계인인지는 아직 확실하지 않다. 그러나 우리가 알고 있는 지식선에서 외계인을 발견했다는 것만으로도 충격적"이라는 비유를 들었다.

고병원 고등과학원 교수는 "입자물리학에서 표주모형은 60년대 후반에 제안돼 40년 이상 많은 실험을 거쳐 잘 검증이 됐다"라며 "하나 빠져 있는 부분이 힉스 입자"라고 설명했다.

고병원 교수는 "이 입자가 정말 표준모형의 힉스인지 아닌지는 통계적인 관점에서 결과를 얻을 수 있다"며 "검증 결과 통계적인 오차가 발견된다면, 힉스가 아닌 새로운 입자를 발견한 것으로 얘기하게 될 것"이라고 덧붙였다.

고 교수는 "120Gev 질량대에서 이러한 입자가 발견됐기 때문에 향후 실험물리학 쪽에선 전자-반전자 가속기를 만들고자 하는 움직임이 있을 것"이라고 말했다.

이번에 입자가 발견된 125GeV를 타깃으로 한 국제 선형 가속기가 제작될 경우, 현재의 해상도로는 구별할 수 없는 입자들이 추가적으로 발견될 가능성이 있다.

고병원 교수는 "국제 선형 가속기를 만들어 힉스를 대량으로 생산할 수 있는 힉스 공장을 만들면, 한개의 입자인지 아니면 다른 입자들을 만들어 낼 수 있는지 해상도에 따라 확인할 수 있을 것"이라고 말했다.