세계 최대 CERN 가속기 ‘신의 입자’ 힉스 찾는 중

가속기는 지금까지 노벨 물리학상을 수상한 101명의 학자 가운데 20%가 넘는 23명의 수상자를 탄생시켰다. ‘노벨상의 산실’이라고 해도 지나치지 않다. 양성자, 전자, 이온 등의 전기를 띤 입자를 강력한 전기장을 사용해 초속 30만㎞에 이르는 빛의 속도에 가깝게 높여 충돌시키는 장비인 가속기는 원자핵이나 소립자 같은 입자의 내부 구조를 밝히고 입자를 가속해 충돌시키는 과정에서 나타나는 반응을 통해 미시세계의 물리법칙을 규명하는 데 쓰인다. 가속시키는 입자의 종류에 따라 ‘전자(방사광) 가속기’, ‘중이온 가속기’ 및 ‘양성자 가속기’로 구분한다.

현재 국내에서는 포스텍 내의 포항가속기연구소에서 방사광가속기를 가동 중이며, 경주에는 미국·일본에 이어 세계 세 번째로 개발한 대용량 양성자가속기를 설치하기 위한 사업이 진행 중이다. 2017년까지 국제과학비즈니스벨트에 들어설 예정인 중이온 가속기는 양성자보다 무거운 입자를 가속시켜 주기율표에 이름을 올릴 새로운 원소를 발견하는 데 활용될 계획이다.

유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)는 지름 8㎞, 둘레 27㎞에 이르는 세계 최대 입자가속기다. ‘인류 최대의 과학실험’이라는 칭호에 걸맞게 약 95억 달러의 예산이 투입된 LHC의 임무는 우주 탄생의 기원을 밝혀줄 ‘신의 입자’ 힉스를 찾아내는 것이다. 물질이 질량을 가질 수 있게 해주는 힉스는 138억년 전 빅뱅 때 만들어졌다가 자취를 감춘 것으로 추정된다.

우주 만물을 구성하는 입자들에 각기 다른 질량과 역할을 부여한 것으로 추정되는 이 힉스를 찾아내면 우주의 기원과 현상을 설명하는 ‘표준 모형’이 옳다는 것을 입증할 수 있다. 힉스 입자를 찾기 위해 CERN은 LHC를 통해 빅뱅 직후의 우주 모습을 초미니로 재현하는 실험을 계속하고 있다. CERN은 올해 추가적인 실험을 통해 데이터의 정당성을 입증할 수 있는 가능성을 99.99994%까지 끌어올릴 계획이다.

윤샘이나기자 sam@seoul.co.kr