입자 물리학의 미래?
- 입자 물리학 미래의 과제들

자연과 우주의 기원에 대해 탐구하는 입자물리학은 앞으로 어떤 발전을 이룰 수 있을까? 올해 4월 미국 물리학회에서 열린 입자 및 장 분과 연례 모임에서 입자 물리학의 미래에 대한 초청강연이 있었다.

주로 거대 가속기 실험으로 연상되는 입자 물리 실험에서 더욱 중요한 것은, Fermilab의 마이클 터너(Michael Turner) 박사에 의해 논의된 "쿼크를 우주에 관련짓는 것"이다. 입자물리에 대한 이해를 통해 우주에 대한 이해를 넓히고자 하는 것으로 이에 있어서는 특히 암흑물질 탐색 실험에 넓은 참여가 이루어 지고 있다.
이외에도 강한 중력장 연구, 초고에너지 우주선(cosmic ray)연구, 바리온 생성, 블랙홀, 중성자별 연구들이 우주와 입자물리를 연관시키는 비가속기 입자실험으로써 이루어 지고 있다.

세계에서 이루어 지는 주요한 가속기 실험의 하나로서 이번 강연에서는 유렵연합의 CERN (유럽입자물리연구소)에서 이루어 지고 있는 LHC(거대 하드론 충돌 실험)에 대한 소개가 있었다. LHC는 2007년에 건설완료를 목표로 연구가 진행중이다. LHC에서는 층돌 입자의 에너지가 약 14TeV 정도 되는 실험을 통해 Higg mechanism(입자가 질량을 가지게 되는 과정)에 대한 데이터를 얻을 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이외에 미국에서 가장 많은 지원을 받는 실험으로써 ATLAS와 CMS 실험에 대한 강연이 있었다.

뉴트리노 진동 실험에 있어서는 미국의 Fermilab에서 진행 중인 MiniBooNE 실험에 대한 논의가 있었다. 이 실험을 통해서 새로운 종류의 뉴트리노에 대한 증거를 찾을 수 있을 것으로 기대되며 이를 통해 입자물리의 표준 모델을 확장할 수 있을 것이다.

우주에 반물질은 거의 존재하지 않고 물질만이 많은 이유를 설명하는 CP대칭성 깨짐 현상에 대한 실험으로써 미국의 SLAC과 일본의 KEK에서 이루어 지고 있는 B 메존 실험에 대한 논의가 있었다. 이미 두 실험에서 CP 대칭성 깨짐의 증거가 발견되고 있으며 이를 통해 표준 모델에 대한 새로운 입증이 이루어졌지만 더 정밀한 실험을 통해 우주의 물질-반물질 비대칭에 대한 질문에 대답할 수 있을 것으로 기대되고 있다.


유럽입자물리연구소(CERN) 전경. 붉은 원이 가속기를 표시한 것이다.