”힉스 입자처럼 보이는” 새로운 입자를 발견했다는 유럽입자연구소(CERN)의 발표가 세상을 뒤흔들어 놓았지만 학자들이 새 입자를 곧바로 ‘힉스 입자’로 부르지 않은 것은 이것이 힉스 입자가 아니라 이와 매우 비슷한 ‘도플갱어’일 가능성이 전혀 없지 않기 때문이라고 라이브사이언스 닷컴이 8일 보도했다.

미 캘리포니아공대(칼텍)의 고에너지 물리학자 하비 뉴먼 교수와 데이비스 캘리포니아대학(UCD)의 존 거니언 교수에 따르면 이것이 힉스 입자가 아닌 다른 입자라면 이는 물리학에 더욱 더 큰 의미를 띠게 된다.

이들이 설명하는 이유는 이렇다.

힉스 입자들로 이루어진 ‘힉스장(Higgs field)’의 존재는 오래 전부터 예측됐던 것으로, 우주의 모든 입자들이 질량을 갖게 된 이유를 설명하는 가장 단순한 이론이다.

간단히 말해 힉스장을 우주 크기의 수영장이라고 본다면 모든 입자들은 그 안에서 헤엄을 친다. 그러나 “체중이 많이 나가는 사람이 옷을 입은 채 헤엄치는 것처럼” 힉스장과 강력하게 반응하는 입자들은 “경량 수영복을 입고 물살을 가르는 올림픽 수영선수같은” 입자들보다 질량이 더 크다.

이들 학자는 “이런 가설은 단순하고 강력하지만 완전한 가설이 될 수 없다”변서 현재 통용되는 물리학의 표준모델을 믿는 것은 마치 “뉴턴의 운동법칙을 믿는 것과 같다”고 지적했다.

뉴턴의 법칙은 공간과 시간을 분리된 불변의 존재로 보고 있는데 이는 느린 속도로 운동하는 질량이 작은 물체의 운동을 설명하는 데는 적합하지만 빛의 속도로 움직이는 물체나 시공간을 왜곡시키는 블랙홀에 적용할 수는 없다.

학자들은 “뉴턴의 법칙은 깔끔하게 많은 현상을 설명할 수 있지만 시공간을 정확하게 설명하는 더 근본적인 아인슈타인의 상대성 이론의 저에너지 한계”라면서 “표준 모델도 마찬가지여서 더 근본적인 이론이 있어야만 한다”고 말했다.

표준모델의 불완전성은 우주 물질의 84%를 차지하는 암흑물질 입자들의 존재를 계산하지 않은데서 나오며 중력의 존재 역시 이 모델에 포함되지 않았다.

더구나 표준모델은 물질과 반물질이 대칭적인 존재인 것처럼 취급해 어째서 우주에 반물질보다 물질이 훨씬 많은지를 무시하고 있다.

더 나아가 우주탄생의 순간에 존재했던 어마어마한 고에너지에 표준모델을 적용하면 가설은 허물어지고 만다.

표준모델을 포용하면서도 더 강력하게 모든 것을 설명할 수 있는 이론은 이른바 ‘초대칭’(SUSY: supersymmetry) 이론이다.

SUSY 이론에 따르면 알려진 모든 입자들은 자신보다 질량이 훨씬 큰 초대칭 파트너 입자, 즉 스파티클(sparticle)을 갖고 있다.

SUSY 이론은 암흑물질 입자의 존재를 예측할 뿐 아니라 빅 뱅 직후의 것과 같은 초고에너지 상태의 입자간 상호작용까지 설명할 수 있다.

더 나아가 SUSY는 자연 상태에 물질이 반물질보다 많은 이유를 설명할 수 있을 것으로 보인다. 즉 우주 전체에는 시계 반대방향으로 도는 거대한 소용돌이 같은 초대칭 구조가 최소한 5개 있어 물질을 더 많이 만들어낸다는 것이다.

이 다섯개의 수영장은 각각 힉스 입자와 같은 입자들을 만들어내는 ‘힉스장’으로 추정된다.

학자들은 CERN의 강입자가속기(LHC) 같은 입자충돌 장치에서 힉스 입자 같은 입자가 생성되면 보다 가벼운 입자로 붕괴될 것으로 예상하고 있다.

이들은 이번에 LHC에서 새로 발견된 입자는 표준모델의 힉스 입자와 같은 통상적인 방식으로 붕괴하지는 않았다고 지적했다.

그러나 만일 이것이 힉스 입자보다 더욱 특이한 입자라면 SUSY 힉스 입자, 그것이 아니라면 최소한 비(非) 표준모델의 힉스 입자일 가능성이 있으며 이는 표준모델을 넘어서는 새로운 물리학의 발견을 의미하는 것이라고 이들은 말했다.

학자들은 “이것이 가장 단순한 힉스 입자가 아닌, 힉스 분야의 다른 입자일 경우 엔 물리학 전체에 어마어마한 충격을 주게 될 것”이라면서 “어찌됐든 우리 앞에는 실로 엄청난 광경이 펼쳐지고 있다”고 말했다.

연합뉴스