CERN 실험 결과와 합쳐지면 흥미로운 결과 나올 듯
유럽입자물리연구소(CERN)에 이어 미국 페르미연구소도 물리학 표준모델 중 마지막 미발견 입자인 ‘힉스 입자(Higgs boson)’의 단서를 포착했다고 BBC 뉴스가 24일 보도했다.
힉스 입자의 존재 가능성을 처음 제기한 것은 1960년 영국의 물리학자 피터 힉스.
과학자들은 모든 우주 입자들의 질량이 힉스 입자에 의해 결정되기 때문에 힉스 입자가 발견되면 질량의 기원을 이해함으로써 물리학에 큰 변혁을 일으킬 것으로 보고 있다.
페르미연구소 검출기(CDF) 연구진은 원형입자가속기인 테바트론에서 CERN의 강입자가속기(LHC) 실험보다는 약하지만 같은 ‘관찰 영역’에서 힉스 입자의 단서가 발견됐다고 프랑스 그르노블에서 열린 유럽물리학회의에서 발표했다.
이들은 이 단서가 곧 사라질 가능성이 있긴 하지만 LHC의 실험 결과와 합쳐지면 아주 흥미로운 결과가 펼쳐질 것이라고 말했다.
테바트론과 LHC는 모두 고에너지 입자 빔을 원형 터널 양쪽에서 쏘아 충돌시키는 방식을 사용하는데 이 충돌에서 생겨나는 새로운 입자를 빔 교차지점에 설치된 검출기가 포착하는 것이다.
프랑스-스위스 국경 지대 지하에 설치된 길이 27㎞의 원형 터널 안에 들어 있는 LHC는 힉스 입자를 잡아내기 위한 두 개의 검출기 아틀라스와 CMS를 갖고 있으며 두 검출기에서는 각기 별도의 연구진이 실험을 하고 있다.
페르미연구소의 테바트론은 DZero와 CDF 등 두 개의 검출기를 가진 이와 유사한 시설이다.
아틀라스와 CMS 팀은 140~150 GeV(기가전자볼트) 사이의 충돌 에너지 수준에서 특정 입자들이 과도하게 검출되는 현상이 일어났으며 이는 기존 이론으로는 설명되지 않는 새로운 기본 입자에 의한 현상일 가능성이 있다고 지난 22일 발표했다.
이번에 미국의 DZero와 CDF 팀이 같은 현상을 발견한 것도 약 140 GeV 수준에서다.
DZero 팀 대변인인 스테판 솔드너-렘볼드 교수는 “140 GeV 언저리에서 무언가 흥미로운 일이 일어나고 있다. 안갯속에서 어떤 그림이 나타나는 것 같다”고 말했다.
테바트론에서 관찰된 것은 LHC에서 나타난 것과 같은 유형의 입자 운동으로 하나의 입자가 같은 질량을 가진 다른 입자로 전환하는 현상을 보였다.
연구진은 테바트론과 LHC에서 관찰된 이 흥미로운 변화는 힉스 입자가 두 개의 ‘W 입자’로 전환하는 현상에 의해 지배되는 것으로 보인다고 말했다.
한편 아틀라스 실험 결과의 공식 신뢰도가 2.8시그마인데 비해 테바트론의 연구 결과는 1시그마로 통계학적 유의미성이 훨씬 떨어지는 것으로 평가되고 있다.
어떤 새로운 발견의 공식적인 신뢰도는 0~5 시그마로 평가되는데 3시그마는 연구 결과가 자료의 통계학적 오류로 인해 일어났을 가능성이 1,000분의 1임을, 5시그마는 100만분의 1임을 의미한다.
그러나 DZero 연구진은 각기 독자적인 실험을 하고 있는 두 팀이 같은 현상을 발견했다는 것은 놀라운 가능성을 예고하는 것이라고 말했다.
