[과학&천문학뉴스] 49년만에 존재 확인…힉스입자 뭐기에?

‘신의 입자’로 불리는 힉스입자의 존재가 국제연구진의 실험에 의해 확정되면서 힉스입자에 관심이 쏠리고 있다.

일본 마이니치 신문 등은 4일 도쿄대와 일본의 고(高)에너지가속기연구기구 등이 참여한 국제연구팀이 힉스입자가 붕괴해 다른 소립자로 변하는 패턴 등을 조사한 결과 힉스입자의 존재를 확정했다고 보도했다.

이는 지난해 7월 유럽입자물리연구소(CERN) 과학자들은 힉스입자로 보이는 입자를 발견했다고 발표한 데 이은 것이다.

힉스입자는 기본입자들과의 상호작용을 통해 다른 모든 입자에 질량을 부여하는 역할을 하는 가상의 입자다. 현대물리학의 근간 ‘표준모형’에 따라 자연계를 이루는 기본입자 12개와 이들 사이의 힘을 매개하는 입자(게이지 입자) 4개에 질량을 부여하는 역할을 하는 17번째 입자다. 앞서 16개의 입자는 확인 완료된 상태로 힉스입자가 확인되면 표준모형이 완성되는 셈이다.

힉스입자를 처음으로 예견한 것은 피터 힉스다. 지난 1964년 영국 에든버러대 물리학자 피터 힉스는 우주 어디엔가 빅뱅이 일어난 137억 년 전 우주 탄생 당시 모든 물질에 질량을 부여한 뒤 사라진 입자가 있을 것이라고 추정했다.


▲ CERN에 있는 양성자충돌검출기(CMS)를 통한 힉스입자 검출의 순간<사진=CERN>

그러나 힉스입자는 자연계에서 관측할 수 없고 가속기로 입자를 충돌시킨 에너지로 생성해야 했다. 힉스입자는 생성되자마자 다른 입자들로 붕괴되는데, 이들 붕괴된 입자들을 분석함으로써 힉스입자의 존재를 알 수 있다. 힉스입자 발견에 강입자 가속기가 사용되는 이유다.

유럽입자물리연구소(CERN)는 지난해 7월 거대강입자가속기(LHC) 실험을 통해 마침내 힉스 입자 이론에 부합하는 입자를 발견했다고 밝혔다. CERN은 그동안 총 100억 달러를 들여 스위스와 프랑스 국경지대 지하에 총 길이 27㎞의 LHC를 건설해 힉스 입자 추출 실험을 진행해왔다.

금번 일본 등 국제연구팀은 실험을 통해 힉스의 질량이 양자의 약 134배인 125.5기가전자볼트라고 한정하는 동시에 힉스의 스핀(소립자의 자전) 값이 이론대로 제로인 것을 확인했다. 이를 토대로 힉스입자의 발견이 학술적으로 확정됐다는 결론을 내렸다.

힉스 박사는 힉스입자의 존재가 확인됨에 따라 올해 노벨물리학상의 유력 후보 중 하나로 꼽히고 있다.