모습을 드러내는가. 1964년 그 존재에 대한 예측이 나왔으나 이후50년이나 발견되지 않은 힉스(Higgs) 입자의 꼬리가 드디어 밟힌 것 같다. 유럽입자물리연구소(CERN)와 미국 페르미연구소가 잇따라 힉스의 단서를 포착했다고 영국의 BBC가 보도했다. 물리학 표준모형을 완성할 '역사적 발견'을 앞두고 물리학계가 흥분하고 있다.
페르미연구소의 가속기 테바트론 연구진은 힉스가 붕괴할 때 생성되는 입자(W보존)를 관측했다고 24일(이하 현지시간) 프랑스 그르노블에서 열린 유럽고에너지물리학회에서 발표했다. 앞서 22일 같은 학회에서 CERN의 거대강입자충돌가속기(LHC)가 비슷한 실험결과를 발표한 데 이어 나온 것이어서 신빙성이 높아졌다. 힉스는 찰나의 순간에만 존재하다가 붕괴하기 때문에 이렇게 다른 입자를 통해서만 존재를 입증할 수 있다.
더욱이 두 연구진이 관측한 힉스의 질량 범위가 일치한다는 점이 의미심장하다. 아틀라스와 CMS라는 두 개의 검출기를 가동중인 CERN의 연구팀은 130~150기가전자볼트(GeV·전자볼트는 입자의 질량 단위), 검출기 D제로와 CDF를 장착한 페르미연구소는 140~145GeV 영역에서 집중적으로 입자를 관측했다. D제로팀 대변인인 스테판 솔드너 렘볼드 영국 맨체스터대 교수는 "140GeV 언저리에서 흥미로운 일이 일어나고 있다. 안개 속에서 그림이 나타나는 것 같다"고 말했다.
힉스는 세상을 구성하는 입자들이 질량을 갖는 이유를 설명해주는 입자로, 물리학 표준모형에서 발견되지 않은 마지막 입자였다. CERN이 원둘레가 27㎞나 되는 거대한 LHC 가속기를 지은 첫번째 목적도 힉스를 찾는 것이었다.
이번 발표는 CERN이 2008년 LHC 완공 후 처음으로 힉스의 발견 가능성을 제시한 것이다. 하지만 분석된 데이터의 양이 충분하지 않아 "힉스를 찾았다"고 공표할 단계는 아직 아니다.
CERN의 실험결과가 통계적 오류에 그칠 가능성은 약 1,000분의 1(3시그마)인데 오류 가능성이 100만분의 1(5시그마)쯤 돼야 과학적 발견으로 인정받는다. CMS팀의 대변인 귀도 토넬리 박사는 "20년 이상 이 분야를 연구해 왔는데 이제 몇 달 뒤면 답을 알 수 있다"며 흥분을 감추지 못했다.
●힉스
1964년 영국 물리학자 피터 힉스가 예견한 입자로 물리학 표준모형에 따르면 다른 입자에 질량을 부여한다. 6가지 쿼크 등 표준모형이 예견한 모든 입자가 가속기 실험을 통해 발견되었으나 힉스가 유일한 예외로 남아있다. 힉스의 존재 여부는 표준모형을 완성할 것인지 폐기할 것인지를 가르게 된다.
김희원기자 hee@hk.co.kr
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