우주를 보다

‘빅뱅 재현’ 실험 시작…10일 오후 첫 빔 발사

작성 2008.09.10 00:00 ㅣ 수정 2008.09.10 17:38
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우주 탄생의 비밀을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대를 모으고 있는 유럽물리연구소(CERN)의 대형강입자가속기(Large Hadron Collider, 이하 LHC)가 10일 오후 4시 30분(한국시간) 수소에서 전자를 떼어낸 양성자 빔 하나를 시계 반대 방향으로 발사하면서 ‘21세기 최대의 과학실험’의 막이 올랐다.

LHC는 제네바와 프랑스 국경지대 지하 100m, 길이 27㎞의 원형터널에 설치된 세계 최대의 입자가속기로 CERN은 이를 이용해 137억년전 우주를 탄생시킨 빅뱅(대폭발)을 재현하는 실험을 할 예정이다.

LHC 실험의 첫째 목표는 ‘신(神)의 입자’로 불리는 힉스입자(Higgs Boson)를 찾는 것이다. 이와 함께 우주의 75%와 20% 정도를 차지하고 있지만 여전히 정체가 밝혀지지 않고 있는 ‘암흑물질’과 ‘암흑에너지’ 탐색, 끈이론 등 물리학 대통일이론의 가능성을 가늠하기 위한 초차원(extra dimension) 탐색 등을 목표로 하고 있다.

특히 관심을 모으는 것은 힉스입자의 발견 여부다. 현대 물리학이 물질세계를 설명하는 표존모델은 물질을 6종류의 쿼크와 6종류의 경입자,힘을 매개하는 4가지 입자, 그리고 힉스입자로 구성된 것으로 보고 있다.

이 가운데 힉스입자만이 지금까지 존재가 확인되지 않고 있어 LHC 실험을 통해 힉스입자가 확인되면 표준모델이 최종 검증된다는 의미가 있다. 현재까지 학계에 정립된 이론에 따르면 힉스입자는 입자의 질량을 결정하는 입자로 빅뱅 직후 존재하다가 질량을 갖게 하는 특성을 다른 입자에 남기고 영원히 모습을 감췄다.

이 힉스입자가 발견되면 이 세상 모든 물질이 질량을 갖게 된 이유가 밝혀지는 것으로 물리학 전반에 걸쳐 커다란 변혁이 일어날 것으로 과학자들은 보고 있다.

과학자들은 이번 실험을 통해 빅뱅이 재현되는 순간 검출기에 나타나는 파편 등의 궤적을 통해 힉스입자가 생성됐는지 확인하게 된다.

CERN의 20개 회원국은 이 실험을 위해 지난 14년간 약 95억 달러를 들여 LHC를 건설했으며 여기에 참여한 과학자도 전 세계 60여개국에 1만여명에 이른다. 우리나라에서도 성균관대 물리학과 최영일 교수와 고려대 물리학과 박성근 교수 등 석박사 연구원 57명이 참여하고 있다.

CERN은 이번 실험을 위해 LHC를 이루는 8개 구역을 영하 271℃(절대온도 1.9K)로 냉각시켜 우주 외곽의 환경을 만들고,1600개나 되는 초전도 자석들의 전기시험을 했으며 각 구역의 회로들과 각 구역 자체에 동력을 공급,LHC 전체가 하나의 통합된 기계로 작동할 수 있도록 했다.

광속에 가까운 두 양성자 빔이 충돌하게 되면 앨리스(ALICE)와 아틀라스(ATLAS),CMS,LHCb 등 4개의 검출실에 설치된 초정밀 검출기들을 통해 수 억개의 충돌 파편들을 모니터하고 추적하게 된다.

두 개의 양성자 빔을 동시에 다른 방향으로 발사하는 작업은 앞으로 몇 주가 걸릴 것으로 예상되며 본격적인 충돌 실험은 연말에 가능할 것으로 예상된다.


한편 독일 에버하르트 칼스대의 화학자 오토 로슬러 교수 등 일부 과학자들은 LHC 실험으로 미니블랙홀이 생성되고 이 블랙홀이 지구를 집어삼킬 수 있을 정도로 커질 수 있다며 유럽인권재판소에 가동 중지소송을 제기했다.

이에 앞서 지난 3월에는 미국의 전직 교사 월터 와그너 등 6명이 하와이 연방 지방법원에 안전성이 확인될 때까지 LHC 가동을 막아야 한다며 소송을 내기도 했다.

사진=sky.com

나우뉴스팀

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