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노벨 물리학상을 수상한 프랑수아 앙글레르(왼쪽)와 피터 힉스. AP/뉴시스 |
우주탄생 비밀 풀 ‘힉스 입자’
49년전 이론 토대 세워
최근 입자 존재 확인돼
고 이휘소 박사가 처음 이름 붙여
올해 노벨 물리학상은 우주 탄생의 비밀을 풀 열쇠를 쥔 것으로 알려진 이른바 ‘힉스(Higgs) 입자’의 존재를 49년 전 예견한 팔순의 두 물리학자에게 돌아갔다.
스웨덴 왕립과학한림원은 8일(현지시각) 올해 노벨물리학상 수상자로 피터 힉스(84) 영국 에든버러대 교수와 프랑수아 앙글레르(81) 벨기에 브뤼셀자유대학 교수를 선정했다고 발표했다. 한림원은 “수상자들은 물질의 기원을 이루는 힉스 입자의 이론적 토대를 세운 공로를 인정받았다. (오랜 기다림 끝에 얻은) 이론물리학의 승리”라고 밝혔다. 이들이 예견한 힉스는 최근 유럽입자물리연구소(CERN·세른)의 거대강입자가속기(LHC)를 이용해 존재가 확인됐다.
힉스와 앙글레르의 노벨상 수상은 이미 예견돼왔다. 지난해 7월 세른은 2008년에 완공된 거대강입자가속기에서 양성자와 양성자를 충돌시켜 얻은 데이터들을 분석한 결과 힉스의 존재를 거의 확인했음을 밝혔다. 고병원 고등과학원 물리학부 교수는 “이론물리학계에서는 올해 초 좀더 많은 데이터가 힉스의 존재를 확실하게 뒷받침해줬기 때문에 이들의 수상을 기대해왔다. 적절한 시기에 수상을 한 것 같다”고 말했다.
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스위스 메랭 유럽입자물리연구소(CERN)에 있는 ‘초집적 뮤온 자기장 원통코일 솔레노이드(CMS)’. 제네바/AP 뉴시스 |
힉스 입자의 발견은 현대물리학이 우주 삼라만상의 형상과 존재를 설명하기 위해 만든 표준모형의 완성을 의미한다. 1960년대 물리학자들은 우주 만물의 존재를 설명하려면 모든 입자에 질량을 부여하는 입자가 존재해야 한다는 가설을 세웠다. 표준모형은 우주를 형성하는 물질과 힘이 6개의 중입자와 6개의 경입자, 힉스를 포함한 5개의 보손(힘)의 상호작용으로 구성된다는 이론이다. 지금까지 다른 12개 입자의 존재는 확인됐으나 질량을 부여하는 임무를 맡은 것으로 추정되는 힉스만이 유일하게 발견되지 않았었다. 힉스 입자는 1964년 피터 힉스가 예견을 했으며, 한국 출신 입자물리학자인 고 이휘소 박사가 1972년 논문에서 이 입자를 ‘힉스 입자’라고 이름붙였다.
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우주의 삼라만상이 6개의 중입자와 6개의 경입자, 힉스를 포함한 5개 보손(힘)의 상호작용으로 구성된다는 표준모형. 물리학자들은 힉스가 137년 전 빅뱅 때 생성돼 다른 입자들에 질량을 부여한 것으로 추정해왔다. |
앙글레르와 동료 과학자인 로버트 브라우트(1928~2011)는 빅뱅 직후 초고온·초고압 상태에서는 어느 입자도 질량을 지니지 않은 채 동등했으나 우주가 식으면서 대칭성이 깨져 질량이 생겨났다는 가설을 같은 해에 발표했다. 빛은 질량이 없어 광속으로 날아가지만 다른 입자들은 저마다 다른 질량을 얻어 광속보다 느리게 날아간다는 이론이다. 힉스는 나아가 입자들이 질량을 가지려면 입자들에 질량을 부여하는 또다른 입자가 존재해야 한다는 이론을 제안했다.
왕립과학한림원은 이날 앙글레르의 동료인 브라우트도 똑같은 업적을 인정받았지만 사망자에게는 상을 주지 않는다는 원칙에 따라 수상자로 선정하지 않았다고 밝혔다.
세른은 1994년부터 유럽 국가들을 중심으로 수십억유로를 투자해 스위스와 프랑스 국경지대에 깊이 100m, 길이 27㎞의 입자가속기 건설에 들어가 2008년 완공했다. 과학자들은 가속기에 절대온도 0도(영하 273도)의 극저온 상태와 초전도체 자석으로 만든 강력한 자기장을 형성한 뒤 그 안에서 2개의 양성자를 가속해 충돌시켜 우주 초기 빅뱅의 상태를 재현함으로써 힉스의 존재를 확인해왔다.
고병원 교수는 “힉스의 발견이 표준모형을 완성해줄 것으로 믿지만 우주를 이해하려면 암흑물질과 암흑에너지 등 아직 연구해야 할 부분이 많이 남아 있다”고 말했다.
이근영 선임기자, 정인환 기자
kylee@hani.co.kr
