이휘소 박사가 명명한 신의 입자 힉스와 노벨상

 

  올해 노벨 물리학상의 영예는 과학계의 예상대로 '신의 입자'로 불리는 힉스입자의 존재를 일찍이 예견했던 영국의 피터 힉스(84) 에든버러대 명예교수와 벨기에의 프랑수아 앙글레르(80) 브뤼셀 자유대 명예교수에게 돌아갔다한다.

 

왼쪽)힉스가 2008년 유럽입자물리연구소(CERN)를 방문했을 당시 강입자가속기(LHC) 앞에서

오른쪽)프랑수아 앙글레르가 8일 벨기에 브뤼셀의 자택 발코니에서

 

  영국의 이론물리학자 피터 힉스는 1964년 '힉스 입자'의 존재를 처음으로 제기해 지난 49년 동안 가설로만 존재했던'힉스입자'는 최근 국제공동 연구에서 마침내 입증되었다.

힉스입자는 물질을 구성하는 입자들의 종류와 입자들 사이에서 작용하는 힘들을 설명하는 현대 이론물리학의 '표준모형'에서 빼놓을 수 없는 요소다.

 

  힉스는 스위스에 있는 유럽원자핵 공동연구소(CERN)의 '물리학 레터'를 통해 이같은 메커니즘을 처음으로 가설로 내놨다. 하지만 힉스 입자는 물질의 기본입자 중 유일하게 관측되지 않아 오랜 기간 가상의 존재로만 여겨졌다.2008년 CERN의 대형 강입자충돌기(LHC) 가동은 힉스 입자의 발견으로 이어졌다.

 

  CERN은 지난해 7월 대형 강입자 충돌 실험을 통해 힉스입자를 99.999994% 확률로 발견했다고 발표했고, 올해 3월에는 이 입자가 힉스일 가능성이 크다는 분석 결과를 내놨다. 일본 도쿄대학과 고에너지가속기연구기구 등 국제연구팀도 최근 힉스 입자의 질량과 '스핀(소립자의 자전) 값' 분석을 통해 힉스의 발견이 학술적으로 확정됐다고 발표했다.

 

 

 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC) 내부에서 양성자와 양성자가 충돌하는 장면을 묘사한 개념도

두 개의 고에너지 양성자를 충돌시켰을 때 생성되는 다양한 입자들의 궤적을 묘사한 것이다.
<CERN. 유럽 입자물리 연구소 제공>

 

  힉스 입자는 137억년 전 우주가 태어난 순간인 '빅뱅' 때 모든 입자에 질량을 부여하고 사라진 존재로 알려져 "신의 입자"로 불리며 '삼라만상의 근원'으로 흔히 설명하는데, 피터 힉스는 "우주 어디엔가 빅뱅이 일어난 137억년전 우주탄생 당시 모든 물질에 질량을 부여한 뒤 사라진 입자가 있을 것"이라고 추정했다.

CERN은 세계 최대(27㎞) 입자가속기인 거대 강입자가속기(LHC)를 이용해 힉스입자로 추정되는 새로운 입자를 찾았다고 발표했다. 양성자와 양성자를 빛의 속도로 충돌시켜 빅뱅 당시와 같은 상황을 연출한 뒤 2대의 대형 검출기를 이용해 그간 보고되지 않은 입자를 발견했다는 것이다.

이러한 뉴스들을 보면서,,,,,,

 

  힉스 입자는 모든 입자에 질량을 부여하는 역할을 하는 존재다.

이 입자의 존재는 우주 탄생의 원리를 설명하기 위한 가장 유력한 가설인 표준모형(Standard Model)에서 출발한다. 물리학에서 표준모형은 생물학에서의 진화론과 같은 위상을 가진 것으로 평가된다. 이 표준 모형에 따르면 우주 만물은 12개의 소립자(6개씩의 쿼크·렙톤으로 구분)와 4개의 매개입자(전자기력, 약한 핵력, 강한 핵력, 만유인력)으로 구성된다. 이런 소립자와 힘의 결합이 세상의 모든 물질을 구성한다는 것이다.

가령 원자핵이나 원자핵 속의 양성자 등도 이런 기본입자가 만들었다는 뜻이다.

 

 이 힉스 입자까지 포함하면 표준모형상의 입자는 모두 17개가 된다. 이 가운데 힉스입자만 그동안 가상의 존재로 남아 있었다.

표준모형상 16개의 입자는 137억년 전 우주대폭발(빅뱅) 때 생겨났으며 힉스입자는 당시 잠깐 존재해 이들 입자에 질량을 부여한 것으로 추정돼 실재를 확인할 수 없었다. 힉스 입자가 그동안 '신의 입자'로 불린 것도 이런 맥락이다.

  그러나 유럽입자물리연구소(CERN)는 지난해 7월 대형강입자가속기(LHC)에서 검출된 소립자가 힉스 입자의 특성과 일치한다는 추론에 도달했다고 밝혔다. 현재까지 계속되는 추가 연구를 통해 이 입자가 힉스 입자라는게 확실해지고 있다.

힉스등이 밝혀낸 입자가 질량을 갖는 원리는 우주의 탄생과 진화를 설명하는 대표적인 이론인 ‘표준모형(standard model)’의 마지 ‘빈 고리’였다. 표준모형은 137억 년 전 대폭발(빅뱅) 때 여러 입자들이 만들어졌고 이들의 상호작용으로 오늘 우리가 살아가는 세상이 만들어졌다고 설명한다.

 

 이 입자들은 더 이상 쪼갤 수 없는 12개의 기본 입자(쿼크 6개, 렙톤 6개)와 이들 사이에서 상호작용을 담당하는 4개의 매개 입자로 구성된다. 이 입자들은 모두 질량을 갖는다. 질량이 없다면 원자 주위를 도는 기본 입자인 전자는 원자에 묶여있지 않을 것이다. 그렇다면 오늘날 알고 있는 모든 물질들은 존재하지 못했을 것이다. 하지만 표준모형은 이런 질량이 어떻게 생긴 것인지 설명하지 못했다.

 

  힉스는 힉스장이 만드는 특별한 입자(힉스 입자)가 존재할 것으로 예견했다. 이 입자도 힉스장과 상호작용해 질량을 갖는다. 학자들은 그 값을 125GeV(기가전자볼트, 1GeV=10억eV)로 추정했다(아인슈타인 방정식(E=mc2)에 따라 에너지값은 질량값으로 환산 가능). 표준이론상의 기본 입자와 다른 성질을 가지면서 이런 질량값을 갖는 입자를 찾는다면 힉스의 이론이 맞음을 증명할 수 있는 것이다.

하지만 힉스 입자는 쉽게 발견할 수 없었다. 너무 불안정해 만들어지자마자 다른 입자로 붕괴하기 때문이다. 이 때문에 학자들은 힉스 입자가 붕괴해 만들어진 입자들을 역으로 추적하는 방법을 사용했다.

 

  지난 4일에는 일본의 도쿄대와 고에너지가속기 연구기구등이 참여한 국제연구팀이 실험을 통해 힉스의 질량이 양자의 약 134배인 125.5기가전자볼트라고 판정하는 한편 힉스의 '스핀'(소립자의 자전) 값이 이론대로 제로인 것으로 확인함으로써 "힉스 발견이 학술적으로 확정됐다"고 결론냈다.

 

  그러나 힉스 입자만으로 우주의 신비가 모두 풀리는 것은 아니다. 현대물리학에서는 우주에 반드시 존재해야 하지만 측정할 수 없는 물질을 '암흑 물질', 그런 에너지를 '암흑 에너지'라 부르는데 전체 우주의 95% 차지하는 이 물질들은 여전히 풀어야 할 과제다.

따라서 과학계서는 물질의 구성은 물론 암흑 물질이나 중력 등 모든 우주를 포괄해 설명할 수 있는 '모든 것의 이론'(Theory of Everything)에 대한 연구가 계속되고 있다. 표준모형은 이런 모든 것의 이론을 만들기 위한 이전 단계의 성격을 갖는 것으로 평가된다.

 

*********

 

  여기서 힉스입자라 명명한 사람은 우리의 이휘소 박사이다.

두 사람 (故이휘소 박사와 피터힉스)은 당시 세상을 구성하는 모든 소립자에 질량을 부여한다는 ‘미지의 입자’에 대해 이야기를 나눴다. 실제로 관측되거나 측정된 바 없는 이 입자의 개념은 당시 과학자들 사이에서 매우 생소한 것이었다. 

심지어 유럽 입자물리학연구소(CERN)는 “물리학에 별 중요한 의미가 없다”는 이유로 물리학 학술지 게재를 거부하기까지 했다.

하지만 이 박사만큼은 달랐다. 그는 이 미지의 입자가 지닌 가치를 알아봤고, 이후 1972년 이 박사는 미국에서 열린 고에너지물리학회를 통해 ‘힉스 입자에 강력(강한 핵력)의 영향’이라는 논문을 발표했다.

미지의 입자를 처음으로 ‘힉스’라고 지칭한 것이다. 

 

(故이휘소 박사 )

 

아마 77년 5월쯤 신문에 낼 모레 이 박사님이 미국 어느 핫술 세미나에서 연구 논문을 발표하면 이 발표로 인해 이 박사님이 금년도 노벨 물리학상 수상이 가능해진다 하였는데 세미나 참석을 위해 학회에 가는 중 불의의 교통사고를 당하셨다 한다.

지금까지 우리에겐 정말 노벨상 수상이 없다. 언 좌꼴 대통령의 노벨 평화상은 타고도 이젠 한번도 얘기가 되지않는 이상한 노벨상을 제외하고서는...

 

물론 이 사고에는 많은 루머가 달리는데...당시 라디오 뉴스에 보름에 한번꼴로 하비브 미 국무부 차관이 우리나라를 방문하여 김포비행장에서 곧바로 월게동 카이스트로 향하였다는 그것은 핵 제조실험등에관한 점검이라는,,,

뉴스에 심심하면 나오던 키신저와 하비브.. 당시 우리로서는 땅콩장수 출신의 카터 대통령의 철군론에 대항하여 핵 걔발 의향이 고조되던 때 였기에 핵 물리학자인 고 이휘소 박사님의 타계는 더욱 아쉬웠다.

 

이후 이 박사님에게서 강의를 듣고 그의 논문에서 케치하여 연구한 제자가 노벨상을 받았다. 위 힉스논문이 유럽입자물리소 학회지 게제에 퇴짜를 맞고 미국 학회지로 간 것처럼 당시 입자가속기 연구가 부진하던때에 이 박사님은 그것의 중요성을 알고 힉스라고 명명하는 선구자로서 높이 평가되어야 하는 것이다.,,,, 후세의 書

 

  힉스입자는 자연현상에서 관찰할 수 없어 국제연구진은 스위스·프랑스 국경 지대에 길이 27㎞의 거대 강입자 가속기(LHC)를 구축하고 초미니 '빅뱅'을 일으키는 실험을 거듭, 올해 3월 힉스입자의 존재를 입증했다.

학계에서는 힉스 입자 연구 결과가 과거 전자와 원자핵의 발견에 필적하는 성과라며 자연현상에 대한 인류의이해를 한 단계 더 끌어올릴 것으로 기대하고 있다.

힉스 입자의 발견을 통해 완성된 표준모형은 우리가 알고 있는 ‘일반적인’ 물질에 대한 해석만 담고 있다. 하지만 이 같은 일반 물질은 우주 전체의 5%밖에 되지 않는다.

인류가 아직 그 정체를 규명하지 못한 암흑물질이 25%, 암흑에너지가 나머지 70%를 차지한다. 고등과학원 물리학부 고병원 교수는 “앞으로 인류 앞에 남은 과제는 이들의 정체를 규명하고, 그 생성 원리를 밝히는 것 ” 이라고 말했다.

 

*******************************************************************************************

 

  우주는 참으로 크고 방대하여 위의 이론으로 우주를 전부 이해하지는 못 할 것입니다.

이 블로그 나의 글 "UFO"보면 초 은하단의 갤럭시 집합군에 벨트를 형성한 그레이트 웰의 암흑물질 펜자이스의 그레이프 보이드(포도송이 동공들)의 암흑물질은 우리가 보는 밝은세계 보다도 이 우주에 더 많은 비중을 차지하고 있는 것이다.

  위의 두 이론 과학자는 정말 행운아이다.

49년만에 지하에 27km의 가속기를 설치하는 현대과학이 받침하여 주어 그들의 이론의 옳음을 증명하였기 때문이다. 그러면 이 암흑세계까지 포함하는 특이점에서 빅뱅으로 이 우주가 창조되는 순간을 스티브 호킹은 풀었다 한다.

 

아인슈타인이 그렇게 고민하던 것은 상대성이론의 공식이 이 한점 특이점 이전으로 가면 작동되지 못하기 때문이다.

그는 말년에 이를 캐치한듯 하나 인간의 수식으론 한계가 있어서 단념하지 않았나 하는??그런데 몇해전인가 스티브 호킹박사는 이 특이점의 無를 이해하고 답을 구했다 했는데, 그것을 해독하여줄 인간은 아직 없는지??

 

앞으로 이 점은 실험물리학에서 어떻게 증명할까??

100년이면 아인슈타인같은 천재 물리학자가 나올것이라는데 그가 이 우주창조의 신비를 풀어줄지??

호킹 박사님,,,

인간 과학에서 가장 큰 난제를 풀고도 노벨상을 타지못하니....

100년후라도 이 특이점 연구가 이해되는날 영광스런 노벨상을 목에 걸어  드리겠습니다.,,, 후세백작拜

 

* 우리 한국의 과학자들의 노벨상 도전은??

  글쎄요, 골디락스.... 외계에 지구 환경을 닮은 행성들을 골디락스라 하며 약 천개나 찾았다 하는데,

  이점에서 우리 의지의 한국 과학자분들이 또  다른 방법의 모색으로 새로운 장을 열길 기원하며,,,

  골디락스의 외계생명체를 증명한다면,,,

  이 또한 인간의 우주 이해와 우주 시원에 한걸음 더 다가가는 뜻 아닐까요??

 

 

727