신의 입자, 힉스(Higgs boson)를 찾아서

신의 입자를 찾아서 - 이종필 지음/마티

어제 ‘유럽입자물리연구소(CERN)’에서 실시된 ‘LHC(Large Hadron Collider)’ 실험 내용을 분석한 결과 `힉스(Higgs)` 입자의 발견 가능성에 대한 언급이 들려왔다. '신의 입자'라 불리우는 힉스의 존재가 증명만 된다면 그동안 베일에 쌓여진 우주와 자연 세계의 실상을 더욱 자세히 알 수 있어 우리의 이해와 인식이 새롭게 재정립되며 물리학은 또 한 번 도약을 하게 된다.

이 힉스 입자는 극히 짧은 시간동안 다른 입자들에게 질량(에너지)을 부여하고 사라지는 관계로 그동안 있다 없다의 논란을 일으키며 현대 물리학의 정점에 위치하고 있었는데 이 힉스 보존(Higgs boson)은 137억년 전 빅뱅 직후 1000만분의1초 동안만 존재했으며, 힉스 입자 연구는 곧 우주 탄생 직후 '찰나'의 순간에 무슨 일이 있었는지를 연구하는 것과 같아서 '신의 입자' '창조의 천사' '우주를 만든 벽돌'이라는 별칭을 갖고 있다. 특히 우주 만물을 구성하는 입자들에 각기 다른 질량과 역할을 부여한 것으로 추정된다.

CERN은 인터넷의 IP 주소가 탄생되고, 댄 브라운의 소설 '천사와 악마(Angels & Demons)'의 초반 배경으로 등장하며 반물질(Anti-Matter)을 만들어내는데 성공하는 모습으로 소개되기도 했다.

우주 만물을 구성하고 있는 입자는 기본 입자(쿼크 6개, 렙톤 6개의 12개), 매개 입자(광자, 글루온 등 4개), 힉스 입자(1개) 등 17개다. 그 중에서 힉스 입자만 모습을 드러내지 않고 있는데 이론상 우주 대폭발 때 잠깐 나타났다가 사라진 것으로 여겨오고 있다. '강입자충돌가속기'에서는 빅뱅 뒤 1000만분의 1초 상황을 재현해 그 흔적을 찾으려는 것이고, 이때 미니 블랙홀이 만들어질 가능성이 있어 그 안으로 지구가 빨려 들어갈 수도 있다며 만약 실험이 예상치 못한 결과를 가져온다면 지구종말을 불러올 것이라는 논란마저 일어나기도 했었다. 양성자의 충돌 횟수는 1초에 약 6억 번 정도 일어나며, 충돌 때 힉스가 나타날 것으로 과학자들은 예측하고 있는데 양성자끼리 충돌시킬 때 생성될 것으로 가정해왔다.

거대강입자가속기에서 양성자를 충돌시킬 때 나오는 에너지는 충돌 시 강한 에너지가 생기면서 무거운 강입자인 파이온과 기타 입자들(중앙 노란색)이 나오는데, 이때 전자 두 쌍(녹색 선)과 소립자의 한 종류인 뮤온 두 쌍(보이지 않음)이 고양이 수염 모양으로 나왔을 때 힉스 입자가 존재할 것으로 추정한다.

마침 이 책을 읽은 시기가 참 미묘한 발표와 겹치게 되었는데 책에서는 현대 물리학의 쌍두마차 상대성 이론과 양자역학이 태동하던 초기의 연구 내용과 그 과학적인 역사의 변천을 상세히 소개해 준다. 이 책이 참 마음에 든 점은 저자의 꼼꼼하고 쉽게 풀어쓴 세심하고 자세한 설명도 그렇지만 책의 후반에 상대성 이론과 양자 역학을 넘어 그것들이 현대 물리학에서 점하고 있는 위치의 최첨단 좌표를 제시해 주면서 지금 어디까지 왔는지를 정확하고 명료하게 설명해 주고 있다는 점이다.

그래서 상대성 이론과 양자역학에 대해 기본적인 서적을 읽은 독자라면 그 이상의 정보와 지식을 제공해줄 수 있는 이 책을 한 번 읽어보는 것도 꽤 유용하다고 생각한다. 특히 뜻을 이루지 못한 천재 물리학자 '이휘소 박사'를 조명하는 부분에서는 그의 업적과 동료이자 세계적인 석학들의 평가를 통해 그가 어떻게 현대 물리학을 수 십년 이상 앞당겼는지를 알게 되고, 놀랄 것이다.

보다 높아진 `힉스(Higgs)`입자 발견 확률