“힉스입자가 소립자에 질량 부여”

CERN 연구진, LHC 양성자 붕괴 순간 실험으로 입증
지난해 '신의 입자'로 불리는 힉스입자를 찾아낸 과학자들이 힉스입자가 실제로 만물을 이루는 모든 소립자에 질량을 부여한다는 사실을 처음 실험적으로 입증했다.

유럽입자물리연구소(CERN) 연구진은 거대강입자충돌기(LHC)에서 양성자 뭉치가 충돌해 힉스입자가 생성됐다 순식간에 붕괴되면서 페르미온의 일종인 타우입자 2개로 붕괴된다는 사실을 처음 확인했다고 27일(스위스 현지시간) 발표했다.

힘을 매개하는 소립자들(보존)이 힉스입자 붕괴로 만들어진다는 것은 포착됐지만 물질 자체를 이루는 소립자(페르미온)도 직접 생긴다는 것은 이번에 처음 관찰됐다. 이는 보존뿐만 아니라 페르미온도 힉스입자를 통해 질량을 부여받는다는 사실을 시사한다.

물리학자들은 세상 모든 물질이 6종류의 쿼크와 6종의 렙톤(전자, 뮤온, 타우, 중성미자 3종)으로 구분되는 소립자인 페르미온으로 이뤄졌다고 본다. 여기에 자기력ㆍ핵력 등의 힘을 전달하는 매개입자인 보존 4종류(광자, 글루온 등)가 더 있다고 해석한다. 이를 설명하는 이론이 표준모형이고, 힉스입자 발견으로 표준모형이 옳다는 사실이 입증됐다.

힉스입자는 LHC 내에서 찰나만 존재하다 여러 형태로 붕괴되는데 LHC 연구진은 지금까지 광자나 W보존, Z보존 쌍으로 붕괴되는 3가지 경로는 관측했다. 이들은 모두 힘을 매개하는 보존이다. 이번에 데이터를 면밀히 분석하는 과정에서 힉스입자가 페르미온의 일종인 타우입자 두 개로 붕괴된 후 또다른 페르미온인 전자와 뮤온으로 붕괴된 흔적을 찾아냈다.

CERN 연구자들은 "이번 결과는 힉스가 보존뿐만 아니라 페르미온으로도 붕괴된다는 표준모형의 예측에 정확히 맞아떨어진다"고 설명했다.

안경애기자 naturean@