사이언스 올제

Special Report 미래의 물리학

발견을 양산하는 장치

전세계 과학자들이 협력하여 사상 최대 규모의 입자물리학 실험 장치의 시동을 준비하고 있다 .

글 : Graham P. Collins

이 장치는 과학 역사상 가장 크고 강력한 현미경이라고 생각할 수 있다. 제네바에서 조금 떨어진 시골 마을 지하에서 현재 준공을 눈앞에 두고 있는 고리 모양의 대형 강입자 충돌기 (LHC: Large Hadron Collider)는 역사상 가장 짧은 거리 (나노-나노미터)와 가장 높은 에너지 수준에서 물리학을 탐사하게 된다. 물리학자들은 에너지 수준이 1테라 전자볼트, 즉 1조 전자볼트이기 때문에 테라 규모라고 부르는 이 영역을 탐사할 기회를 10년 이상 학수고대해 왔다. 잡아내기 힘든 힉스 입자 (다른 입자에 질량이라는 성질을 부여한다고 생각되는 입자)와 우주 내 물질의 대부분을 차지하는 암흑물질의 구성 입자 등 전혀 새로운 물리학이 이 에너지에서 나타날 것으로 기대된다.

공사기간만 9년에 달한 이 매머드 장치는 금년 말부터 입자 빔 생산을 개시할 예정이다. 시동 과정은 한두 줄기의 빔에서 충돌 빔으로, 저에너지에서 테라 규모로, 약한 시험 강도에서 데이터 생산에 적합하지만 제어하기가 더욱 어려운 강도로 단계적으로 진행될 예정이다. 각 단계로 옮겨갈 때마다 나타나는 난관은 5천 명 이상의 과학자, 공학자, 학생 등이 협력하여 극복한다. 작년 가을 CERN을 방문하여 고에너지 첨단 영역을 탐색할 준비 과정을 지켜본 필자는 반복되는 계획 지연에도 불구하고 모두가 차분하게 궁극적 성공을 확신하고 있음을 느꼈다. 입자물리학계에서는 LHC에서 나올 최초 결과를 학수고대하고 있다. 매사추세츠 공과대학의 Frank Wilczek는 LHC가 “물리학의 황금시대”를 만들어줄 것이라는 말로 학계의 공통적 분위기를 전했다.

최상급 장치

테라 규모라는 새로운 영역으로 뚫고 들어가기 위한 도구인 LHC의 기본 구성은 거의 모든 면에서 이전 충돌기들을 능가한다. 우선 ...