우주 비밀 열쇠 '힉스'…이것이 중요한 이유
우주 비밀 열쇠 '힉스'…이것이 중요한 이유
[세계일보]세계 물리학계의 시선은 며칠 동안 온통 ‘힉스’에 쏠려 있었다. ‘신의 입자’, ‘현대물리학의 마지막 퍼즐 조각’ 등등. 이런 별명이 붙은 힉스 발견의 연구 결과가 3, 4일 잇따라 발표됐기 때문이다. 힉스 입자가 중요한 이유는 뭘까. ◆힉스 발견의 의미 이 물음에 답하려면 먼저 현대물리학의 ‘표준 모형(standard model)’을 이해해야 한다. 과학자들은 이 세상이 더 이상 쪼개지지 않는 기본입자 12개(쿼크 6개, 렙톤 6개)와 매개입자(우주를 지배하는 4가지 힘을 전달하는 입자. 광자·글루온 등) 4개, 그리고 힉스 입자로 이루어진다고 본다. 기본입자와 매개입자, 힉스라는 개념은 모두 표준 모형에서 나왔다. 이 17개의 입자 중 지금까지 발견되지 않은 것은 힉스 입자뿐이다. 광자를 빼면 기본입자와 매개입자는 모두 질량을 가진다. 질량이 없다면, 입자는 빛의 속도로 날아가버리고 만다. 따라서 학자들은 입자에게 질량을 부여할 무언가를 ‘상상’하게 됐다. 그것이 바로 힉스 입자다. 광속으로 날아가던 입자가 힉스 입자로 가득찬 힉스장을 통과하면 느려지면서 질량을 얻는다. 예를 들어 보자. 장동건(기본입자)이 빛의 속도로 가로수길을 걷고 있었다. 소문을 듣고 취재진(힉스장)이 몰려들었다. 장동건은 취재진과 부딪쳐(에너지 발생) 속도를 늦출 수밖에 없었고, 이때 발생한 에너지는 질량이 됐다(아인슈타인이 말했듯, 에너지와 질량은 같은 개념이다). 즉, 힉스 덕분에 입자는 질량을 갖게 됐고 지금 우리가 살고 있는 세상이 등장한 것이다. 힉스는 질량의 기원을 밝힐 뿐 아니라 입자를 수학적으로 완벽하게 기술하도록 도와준다. 자연계를 지배하는 4가지 힘(전자기력, 중력, 약력, 강력)에 이은 제5의 힘을 발견할 가능성도 열린다. 유럽입자물리연구소(CERN)가 4일 ‘힉스로 추정된다’고 발표한 새로운 물질이 힉스로 최종 판명나더라도 우주의 신비를 풀려면 갈길이 멀다. 물리학자들은 빅뱅의 순간 우주에는 통일된 하나의 힘이 존재했는데, 시간이 지나면서 4가지로 나눠졌다고 본다. 현대물리학의 궁극적인 목표는 이 4가지 힘을 다시 하나의 이론으로 묶는 것이다. 이른바 ‘대통일장이론’이다. CERN 연구자들은 대형강입자충돌기(LHC)에서 초대칭 입자를 발견하는 실험도 진행하고 있다. 초대칭 입자는 대통일장이론의 유력한 후보인 초끈이론의 증거로 꼽힌다. 이와 함께 우주의 96%를 차지하는 것으로 알려진 암흑 물질(dark matter)과 암흑 에너지(dark energy), 물질과 반물질의 비대칭성, 우주의 가속팽창도 물리학이 풀어야 할 과제다. 만일 새로운 물질이 힉스가 아닌 것으로 드러나면, 표준 모형은 처음부터 새로 써야 할 운명을 맞는다. 윤지로 기자 kornyap@segye.com |
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