CERN 공개 후속 데이터서 표준모형 예측과 그대로 맞아들어

‘지루하기 짝이 없는’ 입자.

지난 7월 유럽입자물리연구소(CERN)는 축제분위기였다. 우주 만물에 질량을 부여해 ‘신의 입자’로 불리는 ‘힉스 입자’로 추정되는 물질을 발견했다는 CERN의 발표는 물리학의 새로운 역사가 열렸다는 선언으로 받아들여졌다. 힉스의 발견은 모든 물질이 기본 입자 6쌍과 힘을 매개하는 입자 4개 등 총 16개로 이루어져 있다는 표준모형의 완성을 의미한다. CERN은 발표 이후 후속실험을 통해 검증 작업을 거친 후 연말쯤 결과를 발표하겠다고 밝혔고, 이제 그 시기가 다가오고 있다.

하지만 시간이 지날수록 물리학계는 실망감에 휩싸이고 있다. 힉스는 에든버러대 물리학과 교수인 피터 힉스가 1964년 표준모형으로 설명할 수 없는 궁금증을 해결하기 위해 세운 ‘가설’이다. 그는 실험이 아닌 계산과 다른 입자의 성질을 이용해 힉스의 존재를 예측했다. 50년간 물리학자들은 이 이론의 실체를 찾기 위해 애썼고, CERN은 거대강입자가속기(LHC)를 이용해 이를 찾아냈다. 문제는 힉스가 반세기의 예측 그대로 너무나 힉스답다는 것이다. 7월 발표 당시만 해도 상당수 과학자들은 고무돼 있었다. 힉스는 아주 짧은 시간 동안만 존재한 뒤 다른 입자로 붕괴되는데, CERN의 데이터에서는 예측과 다르게 타우 입자가 발견되지 않았다. 이를 두고 표준모형에 없는 다른 입자가 있을 가능성이 있다고 해석하는 사람도 많았다. 일부 학자들은 이것이 현재의 표준모형으로는 설명이 불가능한 암흑물질이나 중력에 대한 새로운 실마리를 제공할 것으로 기대했다.

그러나 지난 14일 일본 교토에서 열린 고에너지 콘퍼런스에서 CERN이 공개한 후속실험 데이터에서는 타우 입자가 충분히 발견됐다. 힉스 검출 실험에 참가하고 있는 박인규 서울시립대 교수는 “LHC가 안정적으로 가동되면서 더 많은 힉스가 나오고, 이전보다 훨씬 많은 데이터가 축적됐다.”면서 “데이터는 힉스와 물리학계가 예측한 표준모형이 옳다는 것을 보여주고 있다.”고 설명했다. 1979년 노벨상 수상자인 스티브 와인버그 텍사스대 교수는 뉴사이언티스트와의 인터뷰에서 “LHC에서 발견된 것이 점차 힉스로 확정되는 것 같다.”면서 “힉스가 예상대로만 움직인다면 그것은 악몽의 시나리오”라고 밝혔다. 새로움이 없는 과학에는 흥미를 느끼지 못하는 과학자의 숙명이 여기에서 거듭 확인되고 있는 셈이다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr