힉스입자를 찾아라!

물리학자들은 이해하기 어려운 한 입자를 찾고 있다. 이 입자는 실재하는 모든 것에 퍼져 있는 새로운 장의 존재를 나타낸다.
글 | Gordon Kane

















대부분의 사람들은 자신이 질량이 뭔지를 알고 있다고 생각하지만 그들은 단지 전체 중 일부만을 이해하고 있는 것이다. 예를 들면 코끼리 한 마리는 개미 한 마리보다는 확실히 부피도 크고 무게도 더 무겁다. 중력이 없을 때조차도 코끼리의 질량이 더 크다. 즉, 밀거나 움직이게 하는 데 더 어렵다는 것이다. 코끼리가 개미보다 더 많은 수의 원자로 이루어져 있기 때문에 질량이 훨씬 크다는 것은 분명하다. 그러나 무엇이 각 원자의 질량을 결정하는 것일까? 이 원자들을 구성하고 있는 소립자(elementary particle)들은 어떤가? 무엇이 이들의 질량을 결정하는가? 이 입자들은 정말 왜 질량을 가지고 있는 것일까?

우리는 질량에 대한 문제가 2가지 독립적인 관점을 가지고 있다고 본다. 먼저 우리는 도대체 어떻게 질량이 나타나는지를 알 필요가 있다. 질량이 적어도 3가지의 서로 다른 메커니즘의 결과라는 사실이 드러났다. 이는 아래에서 설명할 것이다. 질량에 대한 물리학자들의 시험적인 이론들에서 가장 중요한 역할을 담당한 주역은 힉스장(Higgs field)이라 불리는, 실재하는 모든 것에 퍼져 있는 새로운 종류의 장이다. 소립자의 질량은 이 힉스장과의 상호작용에서 파생된다고 여겨진다. 만약 힉스장이 존재한다면 이론상 힉스장과 연관된 입자인 힉스보존(Higgs boson)이 반드시 존재해야 한다. 과학자들은 현재 입자가속기1)를 이용해 힉스입자를 찾고 있다.

두 번째 관점은 과학자들이 왜 다른 종류의 소립자들이 각각 특유한 질량을 갖는지를 알고 싶어 한다는 것이다. 이들의 고유질량들은 적어도 .....