연내 확정 발표한다던 유럽물리硏 “계산과 다른결과 나와… 시간 더 필요”

‘신(神)의 입자’는 인간의 추적을 쉽게 허락하지 않으려는 것일까.

2012년 과학계 최고의 발견이자 현대물리학의 완성을 자신했던 유럽입자물리연구소(CERN) 과학자들이 곤혹스러워하고 있다.

●“힉스 물질 지나치게 많이 나와”

CERN은 지난 7월 초 세미나를 열어 “거대강입자가속기(LHC)의 검출기 ATLAS와 CMS에서 힉스로 추정되는 새로운 입자를 발견했다.”고 밝혔다. 힉스 입자는 137억년 전 우주대폭발(빅뱅) 직후 우주 만물에 질량을 부여한 것으로 알려져 ‘신의 입자’, ‘창조의 천사’로 불린다. 1960년대 피터 힉스 영국 에든버러대 교수가 존재를 예측했지만, 실험적으로는 존재가 관측되지 않았다. CERN은 힉스 입자 검출을 위해 1992년부터 16년간 10조원 이상을 투입했다. 7월 세미나에서 롤프 디터 호이어 CERN 소장은 “새로운 입자의 발견은 확실하지만, 이것이 힉스 입자인지에 대해서는 좀 더 데이터가 쌓여야 한다.”면서 “올 연말 우리는 그것을 찾았다고 선언할 것”이라고 말했다. CERN의 발표 이후 전 세계 물리학자들은 사실상 힉스 입자가 발견된 것으로 단정지어 왔다.

하지만 CERN은 올 연말 샴페인을 터트리지 못할 것으로 보인다. 지난 한 달간 얻어진 LHC의 실험 결과들이 기이한 현상을 보이고 있기 때문이다. ATLAS팀은 지난 13일(현지시간) 스위스 제네바에서 세미나를 열고 “힉스 추정 입자에서 전혀 기대하지 않았던 결과가 나타나고 있다.”고 선언했다. 힉스는 관측이 불가능할 정도로 아주 짧은 기간 동안만 존재한 뒤 다른 입자들로 붕괴한다. 과학자들은 붕괴되는 입자들의 종류와 구성 등으로 힉스를 역추적한다. CERN의 관계자는 “입자가 계산보다 지나치게 많이 나오고 있다.”면서 “힉스 입자가 붕괴된 이후에 등장하는 Z 입자도 계산과 다르다.”고 밝혔다. 무엇보다 ATLAS의 실험에서 두 종류의 힉스가 검출되고 있는 것이 가장 큰 문제다.

과학전문 사이언티픽아메리칸은 “123.5GeV(기가전자볼트)와 125.6GeV 대역에서 동시에 힉스로 추정되는 입자가 발견된다.”고 전했다. 이는 양성자의 123.5배와 125.6배의 질량을 가진 입자가 각각 존재한다는 뜻으로, 둘 중 하나는 전혀 새로운 입자이거나 둘 다 힉스가 아닐 수 있다는 것을 의미한다. LHC의 다른 검출기인 CMS 운영팀은 아직 결과 발표 계획조차 잡지 못하고 있다. LHC는 기계조정을 거쳐 내년 초 다시 가동된다.

●다른 결론 가능성에 물리학계 흥분

과학전문 뉴사이언티스트는 “CERN 과학자들에게는 불편한 일이지만, 힉스가 너무 많이 나오거나 힉스가 아닌 새로운 입자라는 실험 결과에 물리학계는 오히려 들떠 있다.”면서 “힉스를 예측한 현대물리학의 근간인 표준모형이 잘못됐다는 사실은 다른 학자들에게는 ‘초끈이론’, ‘초대칭이론’ 등 새로운 이론이 아직 틀리지 않았다는 희망을 준다.”고 전했다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr