힉스입자(시사상식사전, 박문각)

[dd1971]

시사상식사전

힉스입자

[ Higgs boson ]

물질을 구성하는 17개의 기본입자 중 모든 소립자에 질량을 부여하는 소립자의 하나

1964년 영국의 이론물리학자 피터 힉스(P.W. Higgs)가 존재를 예언한 가상의 입자로, 처음 존재를 주장한 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수의 이름을 따 힉스로 명명됐다.
현대물리학의 근간이 되는 ‘표준모형’에 의하면 지금으로부터 137억 년 전 우주 대폭발(빅뱅)과 함께 여러 입자가 생겨났다. 이 입자들은 물질을 쪼갤 수 없을 때까지 쪼개고 났을 때 남는 것으로 12개 기본입자(쿼크 6개ㆍ렙톤 6개)와 이들 사이에서 힘을 전달하며 상호작용을 담당하는 4개 매개입자, 그리고 힉스입자(Higgs boson) 총 17개의 작은 입자(소립자)들이다. 이들 소립자 중에서 유일한 스칼라 입자인 힉스입자는 이 16개의 입자 각각에 질량과 성질을 부여하는 역할을 하기 때문에 신이 숨겨 놓은 ‘신의 입자’라 일컬어진다. 16개 입자는 1960~70년대 표준모형이 만들진 후 1994년 업쿼크와 탑쿼크가 발견된 것을 마지막으로 실험실이나 우주에서 모두 발견되었고, 이 16개 입자를 '존재'하게 해주는 힉스입자는 2013년 3월 14일에서야 공식 확인되었다.

힉스는 입자들 사이가 무겁고, 당밀(糖蜜)과 같은 물질들로 가득차 있다는 가설을 세우고 힉스 소립자가 이 물질들의 위치를 정하는 것으로 결론내렸다. 즉, 힉스입자는 기본입자들과 상호작용해 질량을 부여하는 가설적인 입자로, 힉스가 질량을 만들어내는 원리는 힉스장으로 설명된다. 여기서 힉스장은 우주 공간 어디에나 존재하며, 소립자가 힉스장을 지나가면서 얼마나 힉스장과 상호작용을 많이 하는가에 따라 소립자의 질량이 결정된다. 상호작용이 강할수록 질량이 무거워진다. 이처럼 힉스는 물질을 구성하지는 않지만 물질의 기본을 이루는 소립자에 질량을 부여하는 매개체로 추정되고 있는 입자로 질량의 근원과 우주 생성 비밀을 밝혀낼 단서가 된다는 점에서 입자물리학에서는 아주 중요한 문제 가운데 하나다.

그러나 힉스입자는 자연 속에서 그냥 볼 수 없어, 가속기로 입자를 충돌시켜 이 에너지로 힉스입자를 생성해야 한다. 힉스입자는 생성되자마자 다른 입자들로 붕괴되는데, 이들 붕괴된 입자들을 분석함으로써 힉스입자의 존재를 알 수 있다. 힉스입자를 발견하기 위해 세계에서 가장 먼저 실험을 계획한 것은 미국이었다. 미국 국립페르미가속기연구소는 1983년 둘레 6.28km에 달하는 ‘테바트론(Tevatron)’을 만들었다. 그러나 2008년 유럽입자물리연구소(CERN)가 약 100억 달러의 예산을 투입해 둘레 27km에 달하는 대형강입자충돌형가속기(LHC)를 만들면서 테바트론의 입지는 위축되기 시작하다, 미국의 재정난과 함께 2011년 9월 막을 내렸다.

LHC는 지하 100m 깊은 곳에 건설된 지름 8km의 원형 입자가속기다. 세계 물리학자들로 구성된 유럽입자물리연구소(CERN)는 LHC를 이용해 두 개의 양성자(수소 원자에서 전자가 없는 입자)를 강력한 전기장과 자석으로 가속하고 빅뱅 당시와 비슷한 에너지로 서로 정면충돌시키는 실험을 통해 힉스입자의 존재를 확인함으로써 '입자의 표준모형'을 완성시키고자 노력하였다. 그 결과 CERN은 힉스로 추정되는 입자를 발견하였다고 2012년 7월 4일 발표하였다. CERN은 거대강입자가속기에 설치된 두 검출기(ATLAS, CMS)를 분석한 결과를 바탕으로 힉스입자의 질량이 약 125~126GeV(기가전자볼트)일 것으로 예상하였고, 힉스입자의 존재 가능성에 대해 2011년 말에 비해 진전된 99.9%로 발표하였다. 당시 연구소 측은 아직 공식화하기에는 이르다는 입장을 밝히며 충분한 실험을 통해 힉스의 존재 여부를 검증하겠다고 하였다. 이후 8개월이 지난 2013년 3월 14일(현지시간) 연구소는 지난해 7월 발견된 소립자는 힉스입자로 판명되었다고 밝혔고, 앞으로 힉스입자가 물질의 표준모형에 적합한지를 규명하는 연구를 계속한다는 계획이다.

출처

시사상식사전, pmg 지식엔진연구소, 박문각

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[윤범석]

이 입자를 원초적규명을 할수있다면 "신은 텅빈진공이다"라는 말의 과학적 규명을 할수있겠군요.
그러나 제 생각으로는 위 말 빅뱅그대로 순간 30만킬로로 커지듯 소립자의 더작은 소립자는 계속 생겨나리라 믿습니다.
하여 우주의 정의는 무한 그자체라 볼수잇을것 같습니다.
그래서 사람은 죽어서도 공부한다고 합니다.

[윤범석]

하여 우리는 항상 지식에 목말라있고
우주는 항상 더배워야 할것들로 설계돠어있다 라고 봅니다.
감사합니다