LHC 터널에서 양성자 충돌 실험··· 빅뱅·블랙홀의 정체 등 의문 밝힐 끈이론 연구 우주는 어떻게 만들어졌을까.
또 모든 물질은 궁극적으로 무엇으로 이뤄져 있을까.
이 두 가지는 입자물리학의 가장 근본적인 질문이다.
최근 교육과학기술부 관계자들은 이런 연구를 세계적으로 선도하고 있는 스위스 CERN(유럽입자물리연구소)을 공식 방문했다.
CERN은 세계 최대 규모 강입자가속기(LHC:Large Hadron Collider)를 갖추고 있으며 수만명의 다국적 연구원들이 드나드는 곳이다.
우리나라도 LHC와 유사한 국제적 기초과학 연구를 진행할 수 있는 중이온가속기를 들여올 준비를 하고 있다. 가속기 연구는 우주의 비밀을 풀어줄 수 있을 것으로 기대되고 있다.
과학의 진보는 의문의 해소와 무지(無知)의 정복 과정이다. 19세기 중반까지만 해도 원자의 존재를 믿는 사람은 별로 없었으나,21세기에는 원자 하나하나를 움직이는 기술까지도 존재하는 세상이 됐다.
그리고 20세기 초반까지만 해도 우리 은하계 밖에 무엇이 있다고는 전혀 생각하지 못했으나,현재는 우리의 은하만한 것이 수천억개 이상 있다는 것을 알게 됐다.
입자가속기가 무엇인지 알아보자.
◎ LHC,빅뱅 환경 유사하게 구현
CERN은 올해 4월 약 27㎞길이의 LHC 터널에서 양성자를 각각 3.5TeV(테라전자볼트)의 에너지로 충돌시키고 데이터를 기록하는 실험을 성공적으로 마쳤다.
당시 CERN 관계자들은 "우리는 이로써 이전에 누구도 가보지 못한 영역에 발을 내딛었으며 물리학의 새로운 지평을 열었다"고 말했다.
총 7Tev의 힘은 이전까지 최고 기록이었던 미국 시카고 페르미연구소 입자가속기 2Tev보다 3.5배나 높은 것이다.
빅뱅 당시 상황을 가장 정확하게 구현할 것으로 기대되는 양성자 충돌 에너지는 14Tev다.
목표 충돌 에너지를 구현하는 데 절반 수준에 도달한 것으로 CERN은 14Tev의 에너지도 조만간 구현할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
입자가속기 충돌이 빅뱅의 비밀을 풀 수 있다고 보는 이유는 가속기 내부에서 양성자가 충돌하면서 튀어나오는 소립자들이 빅뱅 당시 상황과 유사하다고 보기 때문이다.
수백억년 전 모든 물질을 응축하고 있었던 작은 점이 대폭발하면서 안에 있던 물질들이 튀어나오며 계속 팽창해 현재의 우주를 구성했다는 것이 빅뱅이론이다.
빅뱅이론은 여러 검증을 거쳐 현재 물리학계에 정설로 받아들여지고 있다.
한편 인간이 여태까지 발견해 낸 물질의 가장 작은 단위는 소립자(원자를 최소 단위까지 쪼갠 것으로 쿼크 · 중성미자 · 전자 등 12종류가 알려짐)다.
그러나 소립자는 상태가 불안정하고 즉시 다른 입자와 결합하려고 해 소멸되기 쉽다. 따라서 이런 소립자의 움직임을 포착하고 데이터로 기록하기 위해 입자가속기가 필요하다.
