2013 노벨상 물리학 우주 생성원리 밝힌 '신의 입자' 힉스,

 

우주 생성원리 밝힌 '신의 입자' 힉스, 노벨상

 

 

올해의 노벨상 수상의 영예는 반세기전 우주의 입자에 질량을 부여한 ‘힉스 입자(Higgs boson)'의 존재를 예견한 두 명의 원로 물리학자에게 돌아갔다.

 

 

 

 

힉스(左), 앙글레르(右)49년 전 ‘신(神)의 입자’의 존재를 예견했던 물리학의 ‘선지자’에게 2013년 노벨상이 돌아갔다. 스웨덴 왕립 과학한림원 노벨물리학상위원회는 8일(현지시간) 피터 힉스(84) 영국 에든버러대 명예교수와 프랑수아 앙글레르(81) 벨기에 브뤼셀자유대학 명예교수에게 노벨 물리학상을 수여한다고 발표했다. 시상식은 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다. 힉스와 앙글레르는 1964년 각각 세상을 구성하는 기본 입자들이 질량을 갖는 원리를 처음 밝혔다. 이 이론에 따른 힉스 입자는 그간 발견이 힘들어 ‘신의 입자’ ‘신이 감춰둔 입자’ 등으로 불렸다. 하지만 지난해 7월 유럽입자물리연구소(CERN)는 “ 힉스 입자로 보이는 입자를 발견했다”고 발표했다. 올해 3월에는 “ 힉스 입자임이 분명하다”고 확인했다.

 

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 8일(한국시각) 힉스 입자의 존재를 예견한 공로를 인정해 피터 힉스 영국 에든버러대 명예교수와 프랑수아 앙글레르 벨기에 브뤼셀 자유대 명예교수를 2013년도 노벨물리학상 공동수상자로 발표했다.

 

노벨위원회는 이 날 "CERN의 거대 강입자가속기 실험으로 드러난 근원적입자인 아원자입자 질량의 근원에 대한 이해를 높여준 예견적 이론 메커니즘에 노벨상을 부여한다"고 발표했다. 
 
힉스 교수는 에든버러대를 통해 내놓은 발표문에서 "노벨상을 받게 되어 너무 감격스럽고 노벨위원회에 감사한다"며 "힉스 입자와 같은 기초 과학이 인정받은 것을 계기로 비현실적 연구의 가치가 더욱 올라가길 바란다"고 소감을 밝혔다.

▲ 영국 에든버러대의 피터 힉스(83)교수는 1964년 신의 입자라는 힉스입자의 존재를 최초로 예견했다. <사진=위키피디아>

힉스입자는 질량의 근원과 우주 생성의 비밀을 설명해줄 수 있는 힉스 입자는 '신의 입자'로 불린다. 물리학자들은 모든 물질이 12개 기본 소립자와 이들 사이를 매개하는 4개 소립자, 그리고 힉스 입자까지 모두 17개 소립자로 구성돼 있음을 밝혀 냈다.

 

하지만 힉스입자는 모든 물질에 질량을 부여하고 난 후 사라져 버려 그동안 존재를 입증할 수 없었다. 전세계 물리학자들은 스위스핵물리학연구소(CERN)에 설치된 강입자가속기를 가동시켜 이 안에서 입자를 충돌시키는 실험을 거듭한 결과 지난 해 7월 힉스입자의 존재를 증명했다. 이로써 피터 힉스 교수와 프랑수아 앙글레르 교수는 다시 가장 유력한 노벨상 후보로 떠올랐고, 논문 발표 후 49년 만에 마침내 노벨 물리학상의 주인공이 되었다.

 

지난 1964년 피터 힉스 교수, 그리고 앙글레르 교수와 로버트 라우트교수(2011년사망)는 각각 힉스 입자의 존재를 주장한 최초의 논문을 내놓으며 노벨상 후보로 거론돼 왔다.

 

하지만 힉스 입자는 이론적으로만 설명이 가능했고 실험으로는 입증되지 않아 노벨상 수상의 가치를 인정받지 못했지만 CERN의 입자존재증명에 따라 2013년 노벨상 수상자가 됐다.  

 

1972년 고 이휘소 박사가 힉스입자이론을 발표한 피터 힉스 교수의 이름을 따서 ‘힉스 입자’라는 이름을 처음으로 사용했다.

 

아래는 노벨위원회 사이트에 올라온 올가 보트너 2013노벨물리학상 선정위원의 힉스메커니즘 노벨물리학상 선정 배경에 대한 인터뷰 내용이다. 

 

 

 

 

49년만에 존재 확인…힉스입자

 

‘신의 입자’로 불리는 힉스입자의 존재가 국제연구진의 실험에 의해 확정되면서 힉스입자에 관심이 쏠리고 있다.

 

일본 마이니치 신문 등은 4일 도쿄대와 일본의 고(高)에너지가속기연구기구 등이 참여한 국제연구팀이 힉스입자가 붕괴해 다른 소립자로 변하는 패턴 등을 조사한 결과 힉스입자의 존재를 확정했다고 보도했다.

 

이는 지난해 7월 유럽입자물리연구소(CERN) 과학자들이 힉스입자로 보이는 입자를 발견했다고 발표한 데 이은 것이다.

 

힉스입자는 기본입자들과의 상호작용을 통해 다른 모든 입자에 질량을 부여하는 역할을 하는 가상의 입자다. 현대물리학의 근간 ‘표준모형’에 따라 자연계를 이루는 기본입자 12개와 이들 사이의 힘을 매개하는 입자(게이지 입자) 4개에 질량을 부여하는 역할을 하는 17번째 입자다. 앞서 16개의 입자는 확인 완료된 상태로 힉스입자가 확인되면 표준모형이 완성되는 셈이다.

 

힉스입자를 처음으로 예견한 것은 피터 힉스다. 지난 1964년 영국 에든버러대 물리학자 피터 힉스는 우주 어디엔가 빅뱅이 일어난 137억 년 전 우주 탄생 당시 모든 물질에 질량을 부여한 뒤 사라진 입자가 있을 것이라고 추정했다.

 

▲ CERN에 있는 양성자충돌검출기(CMS)를 통한 힉스입자 검출의 순간<사진=CERN>

 

그러나 힉스입자는 자연계에서 관측할 수 없고 가속기로 입자를 충돌시킨 에너지로 생성해야 한다. 힉스입자는 생성되자마자 다른 입자들로 붕괴되는데, 이들 붕괴된 입자들을 분석함으로써 힉스입자의 존재를 알 수 있다. 힉스입자 발견에 강입자 가속기가 사용되는 이유다.

 

유럽입자물리연구소(CERN)는 지난해 7월 거대강입자가속기(LHC) 실험을 통해 마침내 힉스 입자 이론에 부합하는 입자를 발견했다고 밝혔다. CERN은 그동안 총 100억 달러를 들여 스위스와 프랑스 국경지대 지하에 총 길이 27㎞의 LHC를 건설해 힉스 입자 추출 실험을 진행해왔다.

 

금번 일본 등 국제연구팀은 실험을 통해 힉스의 질량이 양자의 약 134배인 125.5기가전자볼트라고 한정하는 동시에 힉스의 스핀(소립자의 자전) 값이 이론대로 제로인 것을 확인했다. 이를 토대로 힉스입자의 발견이 학술적으로 확정됐다는 결론을 내렸다.

 

힉스 박사는 힉스입자의 존재가 확인됨에 따라 올해 노벨물리학상의 유력 후보 중 하나로 꼽히고 있다.