거대강입자가속기로 강입자 상호작용 측정..초미시세계 비밀 풀릴까?

- ALICE 국제공동연구팀, 입자간 강한 상호작용 연구성과 발표

유럽핵입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC).[CERN 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국연구재단은 유럽핵입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC) 공동프로젝트 중 하나인 ALICE 국제공동연구팀(한국팀 대표 인하대 윤진희 교수)이 강한 핵력이 작용하는 초미시 세계에서 입자간의 강한 상호작용(강력)에 대한 새로운 성과를 얻었다고 26일 밝혔다.

ALICE에는 39개 국가 1900여명의 연구자가 참여하고 있는데 한국에서도 8개 기관 40명이 참여하고 있다.

이 프로젝트는 빅뱅이 있고 백 만 분의 1초 후 형성되었을 원시우주를 재현하고 관찰, 우주초기물질의 생성과정과 상호작용을 밝혀 우주의 진화 과정을 예측하는 것을 목표로 한다.

LHC에서는 빛의 속도로 가속된 입자들을 충돌시켜 많은 입자들을 생성해 내고 있으며, ALICE 실험팀은 이 입자들을 분석해서 초미시세계의 작은 기본입자(쿼크, 글루온 등)간 상호작용을 실험적으로 확인하고 있다.

쿼크와 글루온 사이에 작용해서 강입자를 만드는 강력은, 강입자 사이에도 작용해서 원자핵을 만든다.

그런데 기본입자간 강력으로부터 강입자간 강력을 이해하는 것 (제1원리)은 아직은 핵물리학의 풀지 못한 숙제다.

ALICE 연구팀은 최근 양성자간 충돌에서 생성된 강입자간 운동량 차이를 측정, 모든 강입자 사이의 강상호작용의 상관관계를 밝혀냈다.

이 연구가 가능했던 것은 거대강입자가속기에서는 희귀한 종류의 강입자가 많이 생성되는데다 생성된 입자를 식별하고 운동량을 측정하는 검출기의 뛰어난 성능이 뒷받침된 결과다.

특히 이번 연구를 통해 강력이 작용하는 영역인 1펨토미터(10~15 미터) 정도의 초미시세계를 탐사할 수 있는 펨토스코피(femtoscopy) 기술이 완성됐다.

기묘한 입자 중에 가장 희귀한 오메가 하이퍼론(왼쪽)과 양성자(오른쪽)와의 상호작용을 예술적으로 표현한 그림.[CERN 제공]

양자역학적으로 아주 작은 영역을 측정하기 위해서는 상대적으로 높은 운동량이 필요한데, 이번 연구를 통해 거대강입자충돌기에서 발생하는 희귀한 강입자들을 아주 높은 운동량까지 측정함으로써 이제까지 관찰할 수 없었던 펨토미터 영역을 탐사하는 길이 열리게 된 것이며, 이에 따라 강상호작용의 단거리 특성을 조사할 수 있었다.

ALICE 국제공동연구팀의 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’ 2020년 12월 9일자로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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