기사원문 : 뉴욕타임즈 2013.10.08 

힉스 입자란 무엇일까?

힉스 입자란 무엇일까?

힉스 장이란 무엇일까?

힉스 입자는 눈에 보이지 않기 때문에 많은 사람들이 이 힉스 입자를 설명 할 때 다른 것에 비유해서 설명합니다.

힉스 입자는 공간을 통과해서 물건을 당기는 성질, 즉 중력의 특징이 있기 때문에 흔히 우주 당밀(끈적끈적한 설탕)로 묘사합니다.

그러나 이번에는 눈으로 힉스 입자를 설명해 보겠습니다.

스키를 타는 사람은 스키가 없는 사람 보다 저항을 받지 않고 눈 위를 질주 할 수 있습니다.

스노우 슈즈를 신은 여자분도 눈에 빠지지 않고 걸을 수 있지만, 좀 느리겠죠.

무거운 부츠를 신은 남자도 매 걸음 걸음 마다 터벅 터벅 힘겹게 눈 위를 걷게 됩니다.

그러나 하늘을 나는 새는 눈에 빠지지 않기 때문에 눈이 오던 안 오던 빠르게 날 수 있습니다. 쌓인 눈과 직접적으로 접촉하지 않기 때문입니다.

하늘에서 내리는 눈은 힉스 입자이고  눈이 내려서 쌓인 눈은 힉스 장(필드)와 비슷합니다.

힉스 장과 상호 작용하는 물체는 질량을 자기게 됩니다.

스키어는 내린 눈 위를 빠르게 질주 할 수 있습니다. 이 스키어는 전자입니다. 전자는 힉스 장(쌓인 눈)위를 아주 빠르게 질주하는데 빠르게 질주하면 적은 질량을 얻게 됩니다.

양성자와 중성자를 만드는 쿼크는 스노우부츠를 신은 여자분과 같습니다. 그냥 일반 부츠보다는 눈에 빠지지 않고 눈 위를 걸을 수 있지만 스키어보다는 느리기 때문에 큰 질량을 갖게 됩니다.

W보손과 Z보손은 쌓인 눈(힉스 장)길을 무거운 부츠를 신고 걷는 사람으로 수천 배나 큰 질량을 갖게 됩니다.

광자(포톤)과 글루온(중성자를 이루는 쿼크를 묶는 글루 같은 역할을 하는 소립자) 는 눈 위를 나는 새와 같이 쌓인 눈에 접촉하지 않기 때문에 빠르게 날 수 있으며 때문에 질량이 없습니다.

50년 전, 물리학에서는 왜 질량이 있는 물질과 질량이 없는 물질이 존재하는지 알 수 없었습니다.

그래서 나온 이론이 바로 힉스 입자입니다. 즉, 질량에 관여하는 뭔가가 있다고 생각한 것이죠.

힉스 입자는 하늘에서 춤추듯 내려오는 눈송이처럼 사라지고 쉽게 잃어버리기 쉽습니다.

이후, 힉스 입자에 대한 연구가 시작 되었습니다.

힉스 입자 연구는 직접 눈으로 보지 못한 눈송이 같았습니다.

그러나 지금 녹은 눈 속에서 아주 조금 형태가 남아 있는 눈 결정을 발견합니다.

힉스 입자는 눈으로 볼 수 없습니다.

또한,  힉스 장과 힉스 입자를 감지할 센서도 아직까지는 없습니다.

50년 동안 물리학자들은 더 크고 강력한 입자 가속기를 개발해 왔습니다.

CERN(유럽입자물리연구소)에는 세계에서 가장 큰 입자 가속기가 있습니다. 이 입자 가속기에서 양성자를 빛의 속도까지 가속시킵니다.

그리고 양성자끼리 충돌 시켜서 폭발시킵니다. 양성자는 소멸하는 대신에 엄청난 에너지가 방출됩니다.

아인슈타인은 질량은 에너지라고 하는 저 유명한 공식은 E=MC2를 세상에 선보였습니다. 또한, 에너지는 파괴되지 않는다고 말하고 있습니다.

양성자끼리의  충돌은 에너지를 방출하고 작은 질량의 변화를 가져옵니다. 그리고 많은 새로운 입자가 생겨납니다.

CERN의 가속기는 하전 입자(전기적 특징을 가진 입자, 전자, 양성자)를 가속시켜서 충돌시킵니다.

초당 수백만 번, 또는 수천 만 번 계속 충돌시킵니다.

그 이유는 무언가가 일어날 것을 목격하는 것은 매우 드문 일이기 때문입니다.

수십억 번의 충돌 중 단 한 번만 힉스 입자가 모습을 보였습니다.

하지만 그 순간을 직접 센서가 감지할 수 없었습니다. 아직 샴페인을 터트리는 것을 용인하지 않네요.

힉스 입자는 불안정하고 즉시 분열합니다.

하전입자 충돌을 수조 번을 충돌한 후에 힉스 입자의 흔적이 통계적으로 나올 확율이 높기에 수 조번의 하전입자를 충돌시켰습니다.

그리고 얼마 전에 지금까지 그 존재가 확인되지 않았던 힉스 입자에 대한 존재가 유의미한 데이터로 확인이 되었습니다.

피터 힉스 박사는 이 힉스 입자 존재 확인으로 노벨 물리학상을 받게 됩니다.