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유럽입자물리연구소(CERN)에 있는 입자가속기(LHC)의 아틀라스 검출기. [CERN 홈페이지]
지난 21일(현지시간) 세계 입자물리학계에 '깜짝 소동'이 벌어졌다. 미국 컬럼비아대 수학과 교수 피터 오이트의 블로그에 올라온 '유럽입자물리연구소(CERN) 내부 문건' 때문이다. CERN이 운용 중인 입자가속기(거대강입자충돌기·LHC)에서 힉스 입자가 검출됐다는 내용이었다. 힉스는 우주의 구성 원리를 밝힌 '표준 모형(standard model)' 이론의 마지막 남은 '연결고리'다. 흔히 '신의 입자' 로 불리지만 아직까지 존재가 입증되지 않고 있다. 영국의 과학전문잡지 뉴사이언티스트 등은 이 문건의 진위를 놓고 세계 물리학자들 간에 갑론을박이 벌어지고 있다고 전했다.
문제의 문건은 CERN의 주 검출기 중 하나인 아틀라스를 사용하는 4명의 학자가 작성한 것으로 돼 있다. 'ATL-COM-PHYS-2011-415'라는 문서번호도 적혀 있다. 내용은 LHC를 이용한 양성자 충돌실험 결과, 115기가전자볼트(GeV) 에너지 대에서 예상치보다 많은 광양자(Photon) 쌍이 검출됐다는 것이다. 문건 작성자들은 이 광양자들이 힉스 입자가 붕괴하면서 나온 것으로 추정했다. 실제로 그간 힉스 입자는 115GeV 안팎의 질량을 갖고 있을 것으로 추정돼 왔다(입자의 질량은 아인슈타인의 특수상대성 이론 E=mc²에 따라 에너지 양으로 표기).
문건 공개 후 오이트의 블로그 게시판엔 이틀 만에 90건 가까운 댓글이 달렸다. '진짜 아틀라스 과학자'라고 주장한 한 사람은 “이 문건은 아무런 검증·승인을 받지 않은 내부 기록”이라며 “이를 유출한 사람은 과학자라고 불릴 가치조차 없다”고 맹비난했다. 에너지 검출 비율이 '표준 모형' 예상치의 30배에 달하는 점을 들어 '통계적 오류'로 보는 학자들도 있다. 입자물리학자 토마소 도리고는 자신의 블로그에 “힉스 입자 때문에 생긴 현상이 아니라는 데 1000달러(약 108만원) 걸겠다”고 쓰기도 했다.
반면에 미 시러큐스대의 물리학자 셸던 스톤은 언론과의 인터뷰에서 “ 표준 모형을 뛰어넘는 새로운 물리학의 단초가 될 수도 있다”고 의미를 부여했다. 또 다른 힉스 입자 연구기관인 미국 페르미국립가속기연구소(FNAL)도 이달 초 “표준 모형으로 설명할 수 없는 현상을 관찰했다”고 공식 발표한 바 있다.
한편 CERN은 다음 날(22일) 문제의 문건에 대해선 언급하지 않은 채 “LHC의 광선 강도(beam intensity)가 (FNAL이 갖고 있던) 기존 기록을 넘어섰다”고 밝혔다. 광선 강도가 높을수록 입자의 충돌이 잦아져 힉스 입자를 비롯한 새로운 발견의 가능성이 커진다. LHC의 새 광선 강도 기록은 초당 1㎠에 467×1030으로, FNAL의 기록보다 단위 면적당 6% 입자가 더 많다. 세르조 베르톨루치 CERN 연구이사는 “우리는 새로운 발견의 문턱에 도달했다”고 주장했다.
김한별 기자
◆힉스 입자(Higgs Boson)=입자들을 구분하는 가장 기본적인 성질인 질량을 입자들에 부여하는 입자. 1964년 이 같은 개념을 처음 주창한 피터 힉스(Peter Higgs)에게서 유래한 이름이다.
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