힉스 입자(Higgs)

그동안 물리학자들은 자연계를 구성하는 물질을 쪼개고 쪼개 가장 기본이 되는 입자 12개(쿼크 6개, 렙톤 6개)를 찾아냈다. 그리고 이들 사이의 상호작용(힘)은 4개의 매개입자(게이지 입자)를 통해 이뤄진다고 보고 자연계의 현상을 설명해 왔다. 여기에는 17번째 입자인 힉스도 필요하다. 이 17개 입자가 세상의 모든 물질과 세상을 움직이는 힘을 만든다는 게 표준 모형의 핵심 개념이다.

지금까지 표준 모형을 구성하는 입자들은 힉스를 제외하고 모두 발견됐다. 힉스가 존재하지 않으면 표준 모형이 성립할 수 없다. 입자들이 힉스와 상호 작용하는 정도에 따라 질량이 결정된다는 게 표준 모형의 전제인데, 힉스가 없으면 입자들이 질량을 가질 방법이 없어진다. 질량이 없어지면 물질이 서로 힘을 주고받을 수 없다. 가령 뉴턴의 '만유인력의 법칙'은 질량이 다른 두 물체가 서로 끌어당긴다는 것인데 이런 법칙이 성립할 수 없게 되는 것이다. 표준 모형이 옳다면 힉스 입자는 있어야 하며, 힉스 입자가 없거나 예측과 다르다면 표준 모형이 바뀌거나 폐기하고 새로운 이론을 만들어야 한다. 물리학자들이 반세기 가까이 끈질기게 힉스를 찾아 헤맨 이유도 이 때문이다.

힉스는 빅뱅(우주 대폭발) 직후 우주의 탄생 과정을 알아내는 열쇠도 쥐고 있다. 이 교수는 "힉스가 존재하면 빅뱅 직후인 1조 분의 1초 이후부터 현재까지의 우주 탄생 과정을 알 수 있게 된다"고 말했다. CERN은 사안의 중요성을 고려해 하반기 추가 실험을 진행한 뒤 12월 힉스의 존재를 최종 판가름할 계획이다.

:: 힉스 ::

자연계를 이루는 기본입자 12개(쿼크 6개, 렙톤 6개)와 이들 사이의 힘을 매개하는 입자(게이지 입자) 4개에 질량을 부여하는 역할을 하는 17번째 입자. 지금까지 관측할 수 없었고 태초의 순간에만 잠깐 존재했던 것으로 추정돼 '신의 입자'로 불려 왔다.

이현경 동아사이언스 기자 uneasy75@donga.com  2012.7.5.