안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학 흥. 재. 과입니다!
약 10년 전 물리학과 천문학계를 뜨겁게 달군 존재가 있죠.
바로 힉스입자입니다!!
이 입자를 발견한 피터 힉스(Peter Higgs)와 프랑소와 앙글레(Francois Englert)는
2013년 노벨상을 수상하기도 하였죠!
하지만 원래는 신의의자(God Particle)가 아닌
젠장할 입자(Goddamn Particle)이었다는 사실 알고 계셨나요?
순화를 위해 출판사에서 Damn을 뺀 뒤 신의 입자가 된 것이죠.ㅎㅎ
하지만 힉스는 그만큼 복잡한 메커니즘을 가지고 있기에 충분히 신의 입자라고 불릴만하다고 생각합니다.
오늘은 신의 입자라고도 불리며
2012년 우주 비밀의 퍼즐 한 조각을 맞춘 힉스입자에 대해 알아보겠습니다!
힉스
사실 많은 분들이 힉스는 물질에 질량을 부과하는 입자라고 생각합니다.
하지만 엄밀히 말하자면 질량을 부과하는 과정에서 힉스입자가 생겨난다는 뜻입니다.
과학자들은 물질에는 왜 질량이 있는가에 대한 근본적인 본질에 대해 연구하고 있습니다.
물질이 있다면 당연하게 질량이 있다고 생각하지만 그것에 대한 이해는 부족하죠.
즉, 왜? 어떻게? 질량이 있는지를 알게 된다면 우주가 진화하고 팽창하는데 알 수 있게 되는 것이죠.
그렇다면 어떻게 힉스입자를 발견하게 된 것일까요?
그것은 LHC(Large Hadorn Colider), 대형강입자충돌기의 실험을 통해 알 수 있었습니다.
대형강입자충돌기(LHC)란??
입자물리학의 연구에 있어서 가장 중요하다고 할 수 있는 실험 시설입니다.
기본적으로 LHC는 진공상태에서 양성자가 엄청난 에너지로 가속이 되는데
이때 양성자 간의 충돌이 일어나게 되고 이러한 과정 속에서 새로운 입자들이 생성되는 것이죠.
즉, 자연계에서는 일어나기 힘든 현상을 실험 시설을 통해 극한의 환경을 만들어내는 겁니다.
힉스 메커니즘
자 그럼 힉스는 어떠한 메커니즘에 의해 물질에 질량을 부여하는 것일까요?
약 어려움 주의
(천천히 읽어봐요)
기본적으로 우주에 존재하는 모든 힘은 입자가 주고받고 하며 생기는 상호작용의 결과물입니다.
4대 힘 중 전자기력은 광자라는 입자를 주고받고
강력은 글루온이라는 입자를 주고받고
약력은 W입자, Z입자를 주고받습니다.
이러한 입자들을 통 틀어서 게이지 입자라고 합니다!
이러한 게이지 입자들은 변환을 해도 물리량이 변하지 않습니다.
이것을 "게이지 대칭성"이라고 합니다.
하지만? 이 "게이지 대칭성"이 깨져야만 질량이 생기게 됩니다!
무슨 말인지 감이 잘 안 오실 겁니다. 모순된 말이니까요!
이 "게이지 대칭성"을 깨는 것이 바로 "힉스 메커니즘"입니다!
아까 앞에서의 게이지 입자들과는 독립적인 성질을 가진 입자가 "힉스"입니다.
모든 입자들은 0.5, 1등의 "스핀"이라는 양자역학적 특성을 가진 회전을 합니다.
하지만 이 "힉스"라는 물질은 스핀이 0입니다.
아까의 게이지 대칭성은 이러한 힉스의 특이한 성질로 인해 깨져버립니다.
즉, 이러한 과정에서 힉스가 생겨나는 것이죠.
(이 과정은 아주 복잡하기에 이해를 위해서 간략적으로 설명한 것입니다)
힉스가 발견된 지 10년이 지났지만 그렇다고 해서 연구가 끝난 것은 아닙니다.
아직 데이터의 양이 충분하지 않고 과학자들의 각 이론에 따른 미지의 입자는 아직 많습니다.
입자 물리학에서 가장 정설로 손꼽히는 이론을 "표준모형"이라고 하는데
힉스는 이러한 모형의 일부분에 불과하고 아직도 많은 연구가 필요합니다.
물론 힉스 입자를 안다고 해서 저희의 생활이 달라지거나 하지는 않습니다.
하지만 저에겐 우주의 진실에 한 발짝 다가선 것이고 그 순간에 저희가 있다는 것이 가슴 벅차오르는 일이네요.ㅎㅎ
이상 흥. 재. 과였습니다!
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