국제 연구팀, 거대강입자가속기로 초미시세계 입자간 상호작용 탐구

기사입력:2021-01-26 19:02:46
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기묘한 입자 중에 가장 희귀한 오메가 하이퍼론(왼쪽)과 양성자(오른쪽)와의 상호작용을 예술적으로 상상한 그림. 사진=한국연구재단
[로이슈 전여송 기자]

한국연구재단은 ALICE 국제공동연구팀이 강한 핵력이 작용하는 초미시 세계에서 입자간의 강한 상호작용(강력)에 대한 새로운 성과를 얻었다고 26일 밝혔다.

재단에 따르면 CERN(유럽핵입자물리연구소)의 거대강입자가속기(LHC)를 이용한 국제공동프로젝트 중 하나인 ALICE에는 39개 국가의 1900여명이 참여하는데 한국에서도 인하대학교 윤진희 교수팀을 포함한 8개 기관 40명이 참여하고 있다.

빅뱅이 있고 백 만 분의 1초 후 형성됐을 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. 기본입자간 강력으로부터 강입자간 강력을 이해하는 것 (제1원리)은 아직 핵물리학의 풀지 못한 숙제로 알려졌다.

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 결과라는 게 관계자의 설명이다.

특히 이번 연구를 통해 강력이 작용하는 영역인 1펨토미터(10-15 미터) 정도의 초미시세계를 탐사할 수 있는 펨토스코피(femtoscopy) 기술이 완성됐다. 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 것. 이에 따라 강상호작용의 단거리 특성을 조사할 수 있었다고 전했다.

ALICE에 참여하는 한국팀은 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 유럽핵입자물리연구소(CERN)협력사업의 지원을 받았다.

한편, ALICE 국제공동연구팀의 이번 연구결과는 국제학술지‘네이처(Nature)’에 2020년 12월 9일 게재됐다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr

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