거대입자 가속기 LHC, 재가동 시작 한다?!

세계에서 가장 강력한 입자 가속기가 "새로운 물리학"의 증거를 제공할 수 있다.

우주의 신비 최초의 빅뱅을 연구할 수 있는 입자 가속기의 재가동이 준비중이다. 힉스입자를 발견한 입자가속기로 이제는 우주의 암흑물질을 찾아내기 거대입자 가속기의 여정이 시작되었다.

거대입자 가속기로 발견한 힉스입자는

힉스 입자(Higgs particle, Higgs boson)는 입자물리학의 표준모형 standard model에 따르면 우리 우주를 구성하는 가장 근본적인 입자의 하나로서 스핀이 0인 보손이다. 힉스 보손 (Higgs boson), BEH(Brout-Englert-Higgs) 입자, 혹은 BEH 보손이라고도 한다. 표준모형을 구성하는 기본 입자들 중에서 힉스 입자가 2012년에 세른에서 가장 마지막으로 발견됨으로써 표준모형의 실험적 검증이 완료되었다. 힉스 입자는 다른 기본 입자가 힉스 메커니즘을 통해 질량을 갖게 되는 과정에서 나타나는 입자로서 표준모형의 이론적 구조를 완성하는 데 중요한 역할을 한다.

지구상에서 가장 크고 강력한 입자 가속기가 다시 작동 예정이다.
4월 22일 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)는 변환을 위해 3년간의 일시 중지를 종료했다. 첫 번째 양성자는 가속기 링에서 다시 한 번 순환했다. 이제 더 높은 에너지와 더 많은 충돌이 가능하며 4개의 대형 감지기가 더욱 최적화 업그레이드 되었다. 이제 표준 모델과의 편차 표시를 확증할 수 있다. 또한 2개의 새로운 탐지기가 암흑 물질 입자를 새롭게 검색할 것이다. 

이것은 지금까지 세계에서 가장 큰 입자가속기기계다.
2008년부터 LHC(Large Hadron Collider)의 27km 고리는 에너지를 기록하고 충돌할 수 있도록 양성자와 무거운 원자핵을 가속시켜 왔다. 힉스 입자는 2012년 입자 탐지기에서 감지되었다. 그러나 그 이후로 입자 가속기의 두 번째 실행에서 두 배의 성능을 발휘했음에도 불구하고 주요 발견이 없어 많은 물리학자들이 실망했다.

최근 몇 년 동안 LHC의 데이터는 입자 물리학의 확립된 표준 모델을 넘어서는 입자와 힘이 있을 수 있다는 증거를 최소한 제공했다. 여기에는 B 중간자 붕괴의 LHC에서 발견된 이상과 뷰티 쿼크 붕괴의 이상도 포함된다. 그러나 지금까지 이러한 변칙성은 공식적으로 발견으로 간주될 만큼 중요하지 않았다.

두 개 가지의 새로운 암흑 물질 탐지기

이번에 탐색할 암흑물질은 

질량이 현재 우주에너지의 27% 정도(물질의 85% 정도)를 차지하고 있으나, 빛을 내지 않아 보이지 않으며, 정체가 아직 알려지지 않은 물질이다. 여러가지 천체물리적인 현상들에서 눈에 보이는 물질보다 더 많은 물질이 필요한 중력 현상들을 설명하기 위하여 암흑물질이라는 개념이 도입되었고 아직까지는 실체가 알려진바는 없다.

새로운 런타임의 경우 LHC도 두 가지 새로운 실험으로 보완됐다. 순방향 탐색 실험(FASER)은 ATLAS 감지기 뒤 480m에 위치하며 특히 빛과 약하게 상호 작용하는 입자만 감지하는 데 특화돼 있다. 오랫동안 찾아온 암흑 물질 입자가 그 사이에 숨겨져 있을 수 있다. 부 검출기인 FASERν는 충돌 및 붕괴 중에 방출되는 중성미자를 포착할 수도 있다. 이 중성미자도 암흑 물질의 본질에 대한 단서를 제공할 수 있다.

새로운 산란 및 중성미자 검출기(SND@LHC)도 중성미자를 위해 설계됐다. 그러나 FASERν와 달리 이 새로운 감지기는 가속기 링에 직접 위치하지 않고 약간 측면에 있다. 이를 통해 그는 더 큰 각도에서 양성자 충돌에서 나오는 중성미자도 감지할 수 있다. 이것은 또한 암흑 물질의 입자를 최종적으로 식별하는 데 도움이 될 수 있다.

 

지금의 대형 입자가속기가 추후 지구의 지름만한 입자가속기로 발전하여 과학계에 더큰 발이 될 수 있기를 바라고

아울러 이번 여정에 거대 입자가속기의  부품 하나하나의 하모니를 기대해 본다.

빅뱅의 궁금증을 풀어내는 그날까지 지금까지 그랬듯이 우리는 계속 생각해 낼것이다.

 

참고 영상

https://youtu.be/WsgAmJ-jcDI