“초표준모형 찾는데 중요 단초될 것”

최근 힉스 입자의 발견으로 완성된 물리 기본이론인 ‘표준모형’에 오류가 있다는 단서가 발견됐다.

표준모형을 대체할 ‘초표준모형’을 정립하는 중요한 단초가 될 것으로 보인다.

서울대 격자게이지이론 연구단은 29일 중성 케이온 입자에서 ‘CP대칭성’을 위반하는 정도를 나타내는 상수를 계산한 결과 이론치와 실험치의 차이가 표준편차의 3.4배에 달했다고 밝혔다.

이론과 실험 결과의 차이가 크다는 점은 표준모형에 오류가 있음을 의미한다.

CP대칭성이란 입자를 반입자로 전하를 바꾸거나, 입자를 거울에 비춘 모양으로 좌우를 바꿔도 동일한 물리법칙이 적용된다는 원리다.

표준모형은 4개의 매개입자(강력, 약력, 전자기력, 만유인력)에 따라 움직이는 12가지 근원 소립자(쿼크와 렙톤)가 어떻게 결합하는지에 따라 구성된다.

매개입자 중 강력과 전자기력은 CP대칭성을 따르지만 약력은 대칭성을 위반할 수도 있다.

표준모형이 맞다면 단 하나의 파라미터(매개변수)로 CP대칭성 위반을 모두 설명할 수 있어야 한다.

그러나 이론치와 실험치에서 표준편차의 3배가 넘는 차이가 났다는 것은 파라미터가 두 개 이상 있어야 CP대칭성 위반을 설명할 수 있다는 것을 뜻한다.

연구팀은 실험 결과에 대해 “표준모형의 기본가설 중의 하나 또는 다수가 붕괴되는 것을 의미하는 것”이라며 “동시에 초표준모형의 존재에 대한 중요한 하나의 단서가 된다”고 설명했다.

표준모형이 설명하지 못하는 현상의 발견은 ‘초표준모형’의 존재를 시사한다는 것이다.

19세기 말에서 20세기 초에는 고전역학으로 이해되지 않는 현상을 설명하기 위해 양자역학과 상대론이 등장해 현대 물리학의 새로운 시대를 열었다.

연구단을 이끄는 이원종 교수는 “렙톤 섹터에서는 연구가 된 적이 있지만 쿼크 섹터에서 표준모형이 틀릴 수 있다는 연구결과는 처음”이라며 “국내 연구단이 자체 개발하고 구축한 슈퍼컴퓨터를 사용해 계산한 결과라 더욱 의미가 있다”고 밝혔다.

연구 결과는 미국물리학회가 발행하는 학술지 ‘피지컬 리뷰 D’(Physical Review D)에 이날 발표됐다.

연합뉴스