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BBC “획기적 발견 임박” … 아사히·요미우리 “확률 높다” ‘힉스 못 찾는다’ 내기 건 호킹, 100달러 잃나 영국의 천체물리학자 스티븐 호킹 박사가 내기에 걸었던 100달러를 딸 수 있을지 없을지 13일(스위스 현지시간) 윤곽 이 드러날 것 같다. 호킹 박사는 유럽입자물리연구소(CERN)의 강입자가속기(LHC)가 ‘신(神)의 입자’ 로 불리는 우주의 기원을 밝혀줄 힉스(Higgs) 입자를 찾기 위해 첫 가동에 들어간 2008년 9월 실패 쪽에 이 돈을 걸었다. 호킹 박사가 내기를 건 힉스 입자가 발견됐다는 소문이 급속도로 퍼지면서 세계 물리학계의 관심이 집중되고 있다. 일본 요미우리신문은 그 발견 가능성이 크다고 8일자 1면에 보도했다. 아사히신문도 같은 내용을 보도했다. 영국 BBC방송도 이날 인터넷 판에서 ＂CERN 과학자들이 힉스 입자 확인을 목전에 두고 있다”며 ＂인류가 40년간 기다려온 획기적인 사건”이라고 보도했다. 과학 학술지 네이처는 ‘아직 아닌 것 같다’는 해설성 기사를 실었다. 이에 대해 연구소 측은 “실험 데이터를 분석한 많은 자료를 가지고 있지만 힉스 입자의 존재 유무를 결론지어 말하기에는 충분하지 않다” 는 입장을 홈페이지를 통해 밝혔다. CERN은 댄 브라운의 소설 『천사와 악마』에서 비밀결사대로 위장한 킬러가 반(反)물질을 훔쳐 나온 곳이기도 하다. 에도 답하겠다고 발표했다. 연구소 측이 세미나에서 의외의 결과를 내놓을 가능성도 배제하기는 어렵다. 힉스를 찾기 위한 두 실험그룹인 ‘ATLAS팀’과 ‘CMS팀’이 전에 볼 수 없었던 이상 신호를 실험 데이터에서 찾았다는 말이 나돌고 있어서다. 그렇다고 힉스가 양성자 안에 있는 입자는 아니다. 양성자끼리 충돌시킬 때 생성될 것으로 가정한 것이다. 힉스 입자가 발견되면 우주를 이루고 있는 입자의 표준모형 가설이 입증된다. 1964년 이 개념을 주창한 피터 힉스(Peter Higgs)의 이름을 땄다. |
표준모델 입증할 "첫 일별" 예상(서울=연합뉴스) 현대 물리학의 최대 관심사 중 하나인 `힉스 입자'(Higgs boson)를
추적중인 유럽입자물리연구소(CERN) 강입자가속기(LHC) 연구진이 내주 중 예상되는 발견에 대해 공식 발표를 할
예정이라고 BBC 뉴스와 라이브사이언스 닷컴이 8일 보도했다.
CERN 측은 입자 추적이 이루어지고 있는 아틀라스와
입자의 존재 여부를 결정적으로 판단하기엔 불충분하다고 조심스러운 입장을 보이고 있다. 그러나 CERN의 한 권위
있는 과학자는 다음 주 중 물리학의 표준 모델 입자 가운데 마지막 미발견 입자인 힉스 입자를 "처음으로 일별(一瞥)
할" 수 있을 것이라고 BBC에 밝혔다.
만일 힉스 입자의 존재가 확인되면 이는 바로 이런 목적을 위해 지어진 LHC에 일대 개가를 안겨주게 된다.
표준 모델은 물질이 6종류의 쿼크와 6종류의 경입자, 힘을 매개하는 4가지 입자, 그리고 힉스 입자로 구성된 것으로
보고 있는데 이 가운데 힉스 입자만이 아직까지 존재가 확인되지 않고 있어 이 입자의 존재가 확인되면 표준모델이
최종 검증된다. 대조 검토를 위해 각각 다른 기술로 연구를 진행중인 아틀라스와 CMS팀은 내주중 각자 연구 결과를
발표할 예정인데 이 두 연구에서 얼마나 근사한 결과가 나왔는지가 발견에 무게를 실어주게 된다. 이 가운데 한 팀의
관계자는 금년 중에만 약 350조 차례의 충돌실험 흔적을 조사했으며 이 가운데 약 10개에서 믿을만한 힉스 입자
후보의 징후가 나왔다고 밝혔다. 연구진은 모두 함구를 서약했지만 수많은 물리학 블로그와 비공식 석상에서는 힉스
입자의 발견 가능성에 관한 논의가 분분하다.
학자들은 힉스 입자가 발견될 에너지 영역을 120~125 GeV(기가전자볼트)로 예상하고 있다. 이런 영역에서 1GeV는
대략 양성자 1개의 질량을 갖는다. CERN의 이론 물리학 팀장을 역임한 존 엘리스 교수는 힉스 입자의 발견이 현대 물리학에서 갖는 중요성은 엄청난 것이라고 말했다.
그는 "현대 물리학에는 입자 물리학의 모든 기본을 설명하는 이른바 표준모델이 있다. 거대한 그림 맞추기 퍼즐 같은
것으로 생각할 수 있는 이 모델에는 그러나 한복판에 빠진 조각이 있다. 우리는 지난 30년동안 이것을 찾아왔으며 마침내 LHC에서 이것을 발견하고 있는 중"이라고 말했다.
CERN 팀이 내주 중 이에 관해 발표를 해도 이들은 이를 신뢰도 5시그마 급인 `발견'이라고 정의하지는 않게 된다.
어떤 `발견'의 공식적인 신뢰도는 0~5 시그마로 평가되는데 5시그마는 자료의 통계학적 오류로 인해 연구 결과가 일어났을 가능성이 100만분의 1임을 뜻한다. 연구진은 아마도 내년쯤 5시그마 급의 `발견'을 공식 발표할 수 있을 전망이다. 프랑스-스위스 국경 지하에 둘레 27㎞의 원형으로 건설된 LHC는 2008년 가동하기 시작해 첫 목표인 힉스 입자 추적에 전력을 다하고 있는데 이 입자가 발견되면 질량의 기원을 이해함으로써 물리학 전반에 큰 변혁이 일어날 것으로 전망된다.
힉스 입자는 1964년 영국 물리학자 피터 힉스가 주장한 개념으로 빅뱅 직후 순간적으로 존재하다가 질량을 갖게 하는
특성을 다른 입자에 남기고 영원히 사라진 것으로 설명되고 있다
2.우주비밀 밝혀지나..암흑물질 분포 최초 확인
Mathematics of the Universe and Nagoya University used large-scale computer simulations and recent observational data of gravitational lensing to reveal how dark matter is distributed around galaxies.
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| A computer simulation shows dark matter is distributed in a clumpy but organized manner. In the figure, high density regions appear bright whereas dark regions are nearly, but not completely, empty. |
일본 물리학자들이 암흑물질의 위치를 처음으로 확인해 우주의 거의 모든 영역에 분포돼 있음을 밝혀냈다고 주장했다.
암흑물질은 빛에 반응하지 않기 때문에 우리 눈에 보이지는 않지만 그것이 일반 물질에 가하는 중력 때문에 간접적인 방식으로 존재가 확인되고 있다.
일본 과학자들은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 최근 관찰한 2천400만개의 은하에 관한 자료를 모델로 만들었다.
이들은 이를 통해 암흑물질이 각 은하들로부터 은하 간 우주까지 뻗어 있고 부근의 다른 은하들로부터 나오는 암흑물질과 겹쳐지면서 우 주 전체를 감싸는 그물망을 형성한다는 사실을 발견했다고 천체물리학 저널 최신호 에 발표했다.
연구진은 은하의 빛이 지구로 오는 동안 어떻게 구부러지는지, 즉 중력 렌즈 효 과가 어떻게 나타나는지 밝혀내 빛을 구부러지게 만드는 암흑물질의 위치를 밝힐 수 있었다.
이 연구에 따르면 은하들은 다른 은하들로부터 수백만광년의 거리를 두고 분리 된 뚜렷한 테두리 안의 한정된 영역이 아닌 것으로 밝혀졌다. 따라서 `은하간 우주'라는 용어 자체도 맞지 않는다는 것이다.
은하들은 실제로는 눈에 보이는 일반 물질이 중심부에 몰려 있고 가장자리를 암 흑물질 그물이 감싸고 있는 모양인데 암흑물질은 이웃 은하까지 절반 거리는 가지런 하게 펼쳐져 있어 우주는 은하와 관련된 물질로 채워져 있다고 연구진은 설명했다.
더 나아가 우리가 `은하'라고 부르는 것은 이처럼 연결되는 물질분포가 가장 높 은 밀도를 이루는 것일 뿐이라고 이들은 지적했다.
연구진은 각 은하의 중심부로부터 1억광년에 걸쳐 암흑물질이 분포돼 있는 모습 을 지도로 작성했으며 여기에 나타난 암흑물질의 분포는 "무작위적이거나 획일적이 지 않으며 매우 가지런하다"고 밝혔다.
현재 전세계적으로 암흑물질을 추적하는 수많은 연구가 진행중인데 과학자들은 암흑물질이 윔프(WIMP: 약하게 상호작용하는 질량이 큰 입자)로 이루어져 있을 것으 로 추정하고 있다.
윔프는 질량이 양성자의 몇 배가 되며 중력과 약한 원자력을 통해서만 상호작용 을 한다.
중력을 이용한 간접적인 방식의 계산 결과 암흑물질은 우주를 차지하는 물질과 에너지중 22%를 차지하는 것으로 밝혀졌다. 이에 비해 눈에 보이는 일반물질이 차지 하는 비율은 4.5%에 불과하다. (연합뉴스)
연구진은 이번 측정이 매우 정확한 것은 아니지만 우주가 어째서 반물질이 아닌 물질로 이루어져 있는지 이해하는데 필요한 반물질 원자를 측정한 최초의 것이라고 의미를 부여했다. 모든 물질 입자는 같은 질량을 가졌지만 전기적으로 반대인 반물질 입자를 갖고 있을 것으로 추정된다. 둘이 만나면 상쇄돼 순수한 에너지가 된다. 과학자들은 빅 뱅으로 우주가 탄생한 직후 우주에는 같은 양의 물질과 반물질이 존재했지만 대부분이 상쇄되고 남은 일반 물질이 오늘날 우주를 구성하는 천체들을 만든 것으로 생각하고 있다.
일반 물질 수소는 우주에서 가장 흔한 원소이지만 그 반물질인 반수소는 매우 희귀한 존재로, 만들기도 어렵지만 붙잡아 두기는 더더욱 어렵다. 그러나 반수소 원자는 한 개의 반양성자 주위를 한 개의 양전자가 돌고 있는 가장 단순한 구조이다.알파 연구팀은 지난해 자기장을 이용해 반수소 원자를 한 곳에 몇분동안 붙잡아두는데 처음으로 성공했다.
연구진은 여기서 더 나아가 특정 주파대의 마이크로파를 반수소 원자에 쬐어 스핀(입자의 고유한 각운동)을 뒤집을 수 있다는 사실을 발견했다. 이로 인해 입자의 자기 방향이 바뀌고 원자를 붙잡고 있던 자기장 덫은 기능을 잃게 된다.
자유로워진 반원자가 날아가 물질로 만들어진 자기장 덫의 벽에 부딪히면 벽의 원자와 충돌해 원자와 함께 소멸하게 되는데 이 때 나타나는 신호를 과학자들이 포착하게 되는 것이다.
연구진은 "이렇게 측정된 반물질 상태는 정확도에서는 물질과 비교가 안 되지만 최초의 측정이라는 점이 중요하다"고
강조했다.이 실험에서 입증된 것은 반원자에 빛을 쬠으로써 내적 성질을 바꿀 수 있다는 사실이다. 이는 분광학(分光學),
즉 빛을 매우 좁은 특정 범위의 파장으로 전환시켜 반원자의 양전자를 더 높은 에너지 수준으로 운동시킬 수 있게 만드는방식을 적용한 최초의 연구 성과이다.
오늘날 입자 물리학의 최고 가설로 불리는 `표준 모델'은 수소와 반수소에 정확히 똑같은 스펙트럼이 있을 것으로 예상
하고 있다. 이런 가설을 검증하기 위해서 과학자들은 반수소의 진정한 스펙트럼을 정확하게 측정해야만 한다. 연구진은
물질과 반물질에 다르게 적용되는 새로운 물리학의 법칙을 보여주는 아주 작은 변화를 찾을 수 있다면 근원적인 우주의난제를 풀 수 있을 것으로 생각하고 있다.
알파 실험팀 대변인 제프리 행스트는 "무언가 빠져 있다는 것을 알고 있다. 빅 뱅 이후 어떤 일이 일어났는지 설명할 수 없다는 것은 우리가 반물질에 관해 완전히 이해하지 못한다는 사실을 말해주는 것"이라고 말했다. 학자들은 물질과 반물질이 붕괴 속도가 다르다든지 하는 식으로 서로 다른 방식으로 행동하고 있을 것으로 추측하고 있다.
☞ 반(反)물질(anti matter)
물질의 기본 단위인 원자는 (-)전기의 전자, (+)전기의 양성자, 자기장의 방향만 지녔고
극(極)이 없는 중성자 입자로 이뤄진다.
반물질 원자는 이와 정반대로 (+)전기의 양(陽)전자, (-)전기의 반양성자, 중성자와
자기 흐름이 반대인 반중성자로 구성된다