“한국 과학자들, 우주 태초 구현·데이터 검출 참여”

LHC에서 양성자 어떻게 가속·충돌하나 ※사진을 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.

LHC ‘CMS 한국사업단’ 최영일 대표

고려·경북대등 교수·학생 80여명 연구 돌입
본격 실험땐 국가간 노벨상 경쟁 치열할듯

최영일

“인류의 우주 지식을 넓혀 줄 엄청난 실험이 시작됩니다. 한국은 늦게 참여했지만 새로운 과학의 프론티어에 서서 세계 과학자들과 함께 지식 탐구 대열에 참여한다는 점에 의미를 두고 싶습니다. 물론 우리한테 획기적 발견의 기회가 주어진다면 더더욱 좋은 일이겠지요.”

80여개 나라 1만여명 연구자들의 공동연구 프로젝트인 유럽입자물리연구소(CERN) 거대강입자가속기(LHC)의 역사적 가동을 이틀 앞둔 지난 8일, 거대가속기 실험에 참여하는 ‘시엠에스(CMS) 한국사업단’의 대표 최영일 성균관대 교수(물리학·사진)는 “한국 과학자들도 점차 연구 주제를 좁혀가며 근본적 호기심에 접근하는 연구에 나설 것”이라고 말했다. 거대가속기에는 모두 6개의 검출기를 중심으로 6개의 연구그룹이 모여 있다. 대형 검출기와 연구그룹으론 아틀라스(ATLAS)와 시엠에스가 있으며, 중형 규모로는 앨리스(ALICE)와 엘에이치시-비(LHC-B), 그리고 소형 규모 2개가 더 있다. 한국은 시엠에스와 앨리스 그룹(한국대표 김도원 강릉대 교수)에 각각 60여명과 20여명의 교수·학생들이 참여 중이다.

-한국이 주로 참여한 시엠에스 그룹은 어떤 집단인가?

“거대가속기에선 양성자 충돌 실험을 통해 ‘신의 입자’라 이르는 힉스 입자를 찾아내고, 초대칭 입자가 존재하는지 확인하며, 암흑물질의 후보 입자를 찾고 3차원 이상의 여분 차원이 있는지, 또 미니 블랙홀이 실제로 만들어지는지 확인하는 연구를 한다. 이 모든 실험은 두 곳에서 이뤄져 데이터 검출 결과가 일치하는지 확인하는데, 그 두 검출장치가 바로 아틀라스와 시엠에스다. 앨리스는 납의 핵을 서로 충돌시켜 더 작은 입자인 쿼크와 글루온(쿼크들을 잇는 접착제 구실을 하는 소립자)이 핵에서 자유롭게 떨어져 나오는, ‘소립자들의 숲’, 곧 우주 태초의 플라스마 상태를 구현하는 실험을 주로 한다.”

-10일부터 양성자 충돌 실험이 시작되나?

“실험기계를 잘 다루려면 기계에 익숙해져야 한다. 더 중요한 건 양성자 가속 터널 안을 초진공으로 만들어야 한다는 점이다. 거의 완벽한 진공이 구현돼야 불순물이 없는 순수한 고에너지 충돌이 일어날 수 있다. 초진공을 만들려면 보통 두 달 가량 양성자 빔을 터널 안에서 공회전시킨다. 거의 빛의 속도로 날아가는 양성자들이 터널 안에 남은 공기 분자를 깨어 버리는 방식으로 초진공을 만든다. 충분한 초진공이 이뤄진 시점에 충돌 실험이 수행될 것으로 본다.”

-노벨상이 쏟아질 것이란 낙관도 있는데?

“실험 주제들마다 노벨상을 낼 만하다. 노벨상 후보가 될 만한 연구논문을 쓰려는 경쟁도 벌어진다. 일찍 시작한 나라에선 웬만한 연구 주제에 관해 컴퓨터 시뮬레이션 등을 통해 준비해 왔다. 10월 하순부터 충돌 실험이 본격화한다면, 아마 내년부터는 논문 발표가 이어질 것으로 보인다.”

-한국은 언제부터 얼마나 참여하고 있나?

“1994년부터 실험 참여 논의를 시작했다. 99년엔 고려대 팀이 협약을 맺어 검출기의 일부 장치를 제작했고 2003년엔 경북대 팀이 데이터 처리장치 구축에 참여하는 협약을 맺었다. 2006년 정부 차원에서 협정을 맺어 정부 연구비가 지원되고 있다. 연구경비 출연 규모에 따라 논문을 쓸 자격이 배정되는데, 한국은 참여자 80여명 가운데 18명만을 배정받았다. 한국 그룹은 현재 검출기 작동 점검과 기초자료 분석 등에 나서고 있으며 일부는 힉스 입자, 여분 차원 등을 연구 중이다.”

수원/글·사진 오철우 기자 [e-mail]