스위스 제네바역에서 프랑스 국경 쪽으로 15분쯤 차를 달리면 소도시 메이런에 도착한다. 하얗게 눈으로 덮인 전원도시 한가운데에 나무로 만들어진 거대한 지구 모양의 ‘더 글로브’가 우뚝 솟아 있다. 지난해 ‘힉스 입자’(Higgs bosson·137억년 전 우주대폭발 직후 우주 만물에 질량을 부여한 것으로 알려진 신(神)의 입자)의 발견으로 전 세계를 떠들썩하게 했던 현대 물리학의 최전선. 유럽입자물리연구소(CERN)의 상징이다. 글로브를 둘러싼 둥근 원형고리는 이 지역 일대 지하 50~100m에 묻힌 27㎞ 길이의 거대강입자가속기(LHC) 터널을 의미한다. ‘우리는 어디에서 왔는가? 우리는 어디에 있는가? 우리는 어디로 가는가?’(Where do we come from? What are we? Where are we going?) 지난 23일(현지시간) 글로브 내 전시관 초입에 들어서자 영어, 프랑스어, 독일어, 이탈리아어 등으로 쓰여진 도전적인 질문이 먼저 눈에 들어왔다. 우주의 근원을 찾는 CERN의 존재 이유가 어렴풋하게 다가왔다. 글로브를 제외하면 메이런은 겉으로는 평범한 시골마을에 불과하다. 하지만 낮게 이어진 오래된 건물 사이를 거닐다 보면 노벨상 수상자 등 세계적인 물리학 석학들과 쉽게 마주칠 수 있다는 점에서 CERN이 가진 힘이 여실히 느껴진다. 1954년 설립된 CERN은 세계 초강대국 미국에 맞서온 유럽 과학의 상징이다. 메이런 일대에는 전 세계에서 온 1만여명의 물리학자와 가족 등 4만명이 거주한다. CERN 소속 과학자들에 대한 지원은 획기적이다. 영어, 프랑스어, 독일어, 이탈리아어 등 어느 한 가지라도 구사할 수 있으면 연구와 생활에 지장이 없도록 인프라가 구축돼 있다. CERN 소속 과학자들은 외교관 신분에 준하는 대우를 받는다. 세금도 내지 않는다. 이 때문에 전 세계 입자물리학자의 50%가 CERN과 직간접적으로 연관을 맺고 있다는 통계도 있다. 본관 건물에 들어서자 역대 CERN 소장(디렉터)들의 사진이 벽면을 장식하고 있다. 이들 중 카를로 루비아, 펠릭스 블로흐, 시몬 판데르메르 등 상당수는 노벨 물리학상 수상자다. CERN에서 소장이 갖는 권한은 막강하다. 임기가 있지만 사실상 한번 맡으면 종신직으로 이어진다. 현재 소장인 롤프 디터 호이어 박사는 10조원 이상이 투입된 LHC 프로젝트의 성공으로 종신직을 예약한 상태다. CERN 프로젝트에 참여하고 있는 박인규 서울시립대 교수는 “막대한 예산을 따오기 위해 정치적 수완을 발휘하고, 수많은 연구가 진행되는 연구소 내 팀 간 의사 소통을 조절하는 것이 소장의 역할”이라며 “유능한 과학자 중에는 유능한 정치가도 있다는 것을 보여주는 상징적인 존재들”이라고 밝혔다. CERN은 철저히 과학자들을 위한 도시다. CERN 내부 거리마다 마리 퀴리, 볼프강 파울리 등 유명 과학자들의 이름이 붙어 있다. 세계에서 몰려든 단기 체류 과학자들을 위해서는 연구소 내 숙소가 제공되고, 호텔과 콘퍼런스룸도 자유롭게 사용할 수 있다. 식당은 각국 과학자들의 기호에 맞춰 요리사들이 눈앞에서 조리하는 10여 가지의 메뉴가 끼니마다 제공된다. 미래 과학자들을 위한 문도 열려 있다. 유럽 각지에서 견학 행렬이 끊이지 않고, 학생들은 인턴십 프로그램을 통해 방문 연구자 겸 학생으로 머물 수 있다. CERN을 소개할 때 관용어구처럼 쓰이는 ‘스위스와 프랑스 국경지대’라는 말은 과장이 아니다. CERN 본부 내부로 국경선이 지나간다. LHC 역시 국경에 걸쳐 커다란 원을 그리고 있다. 잘 알려지지 않은 사실이지만 LHC가 지나가는 3m 직경의 총 길이 27㎞, 지름 8㎞에 이르는 원형터널은 2008년 LHC 건설 훨씬 전부터 존재했다. 원래 거대 전자-양전자 가속기(LEP)가 설치돼 있던 공간을 재활용했기 때문이다. CERN에서 연구하고 있는 유희동 미국 퍼듀대 교수는 “LEP 역시 힉스 입자 발견을 위해 만들어졌지만, 검출에 실패했고 그 뒤 LHC 프로젝트가 시작됐다”면서 “실패에도 굴하지 않고 훨씬 더 큰 프로젝트를 기획하는 과학계의 정신을 보여주는 사례”라고 설명했다. 이어 “미국 페르미연구소 테바트론의 경우에는 지상에 가속기가 지나가는 흔적이 나타나지만, LHC는 주택가를 지나는 부분도 많아 겉으로 전혀 드러나지 않도록 설치돼 있다”고 덧붙였다. LHC에는 ATLAS, CMS, LHC-b, ALICE 등 4대의 대형 검출기가 있다. 이 중 ATLAS와 CMS는 힉스 입자 검출에 사용된다. 본부에서 5㎞가량 떨어진 CMS는 한적한 시골 연구소를 연상케 했다. 가건물 3개 동으로 이뤄진 CMS연구소는 지하 100m 깊이에 설치된 CMS를 모니터하는 10평 남짓한 주조종실과 압축기·통풍시설·전자제어·플랜트 냉각 등 보조시설로 구성돼 있다. 주조종실에는 미 페르미연구소, 독일 중이온가속기연구소(GSI) 등 전 세계 입자물리연구소 내부를 실시간으로 관찰하고 데이터를 주고받을 수 있는 모니터링 시스템과 CMS 감시장치가 설치돼 있다. 빛의 속도에 가깝게 양성자를 가속하기 위해서는 여러 대의 가속기가 쓰인다. 1960년대부터 설치된 CERN의 소형 가속기 몇 대를 거치면서 서로 반대 방향으로 일정 수준 이상 빨라진 양성자들이 LHC로 들어오면 LHC 주조종실이 검출기 4곳에서 이들이 충돌하도록 미세조정한다. 충돌한 양성자들의 흔적은 눈이나 카메라로 추적하는 것이 불가능하다. 자기를 띤 실리콘에 입자가 지나간 흔적을 살피거나, 바깥쪽 벽에 부딪힌 입자를 통해 충돌 직후의 모습을 거꾸로 구성하는 방식으로 연구가 이뤄진다. ATLAS와 CMS는 기본적으로 같은 구조를 갖고 있지만 ATLAS가 훨씬 크다. 당초 CERN은 힉스 입자 검출을 위해 ATLAS 1대만 설치할 계획이었지만, 정확성 확보를 위해 건설 과정에서 CMS가 추가됐다. 데이터양은 ATLAS가 많지만, 뒤늦게 설계된 CMS가 효율성에서 더 낫다는 것이 물리학계의 평가다. ATLAS와 CMS에는 각각 3000명 이상의 전세계 과학자들이 공동작업을 진행하고 있다. 90여명의 한국 연구진은 대부분 CMS에 참여하고 있다. 지난해 7월 발표 이후 치열한 논란이 이어지고 있는 힉스 검출은 확실한 것일까. 최종 검증에는 좀 더 시간이 필요하다는 것이 CERN 측 입장이다. 유 교수는 “지난해 말 ATLAS에서 힉스 입자 두 종류가 나왔다는 외신 보도가 있었는데, CMS에서도 같은 현상이 있었지만 외부로 발표는 되지 않았다”면서 “전 세계 연구진이 모이다 보니 발표 여부나 발표문의 문구 하나까지도 치열한 토론이 일주일 이상 이어질 때가 많다”고 설명했다. 이어 “올봄과 여름에 예정된 입자물리 관련 학회에서 결론이 내려질 것으로 기대한다”고 덧붙였다. CERN이 힉스로 유명해졌지만 사실 힉스는 CERN의 극히 일부분에 불과하다. CERN에서는 수백 가지 이상의 연구과제가 동시에 진행된다. 소설 ‘천사와 악마’의 소재가 됐던 반물질과 힉스는 CERN의 자금줄이다. 유 교수는 “입자물리처럼 실용성과 거리가 먼 연구에 당위성을 부여하기 위해서는 대중성이 확보되는 것이 최우선 과제”라면서 “힉스나 반물질은 CERN이 예산을 확보할 수 있는 일종의 영업수단인 셈”이라고 설명했다. 실제로 유럽경제 위기로 매년 수조원 이상의 예산이 필요한 CERN 역시 어려움을 겪고 있다. 2009년에는 1959년부터 CERN에 참여해온 오스트리아가 ‘참여 중단’을 선언했다가 전 세계 과학계의 탄원서를 받고 이를 철회하는 소동도 있었다. CERN은 근본적인 연구를 진행하기 때문에 인류에 기여하기는 쉽지 않은 한계가 있다. 오히려 CERN의 부산물들이 더 큰 영향을 미친다. 대표적인 것이 현재와 같은 인터넷의 원조인 ‘월드와이드웹’(WWW)이다. WWW는 영국의 팀 버너스 리가 CERN에서 쏟아져 나오는 엄청난 양의 데이터를 처리하고 공유하기 위해 1989년 제안한 연구소 내 정보처리 시스템에서 출발했다. CERN은 최근에는 세계 각국에 데이터를 나눠 보관하고 접근하는 ‘스마트 그리드’ 시스템을 상용화하기도 했다. 세계 수천 개의 대학과 연구소에 LHC에서 얻어진 데이터가 보관된다. 한국에도 경북대와 대전 과학기술정보연구원(KISTI)에 LHC의 데이터가 보관된다. 유 교수는 “전 세계가 LHC 연구에 동참하고 있는 셈”이라며 “이렇게 큰 규모의 연구소에서 찾고자 하는 것이 눈에 보이지도 않는 아주 작은 입자라는 점이 과학의 아이러니”라고 말했다. 글 사진 메이런(스위스) 박건형 기자 kitsch@seoul.co.kr

　밀레니엄을 맞았던 1999년말 이후 가장 시끄러웠던 종말론 논란을 무사히 지나 연말이 다가오고 있다. ‘종말의 날’, ‘휴거’, ‘둠즈데이’ 등 다양한 이름으로 불리지만, 이들 종말론의 공통점은 정작 그 날이 지나면 거짓말처럼 사람들의 머리 속에서 지워진다는 점이다. 이제 마야달력 따위의 소모적인 얘기는 잊어버리고, 올 한 해를 돌아볼 때가 됐다. 전세계 과학계의 양대 축을 이루고 있는 과학저널 ‘사이언스’와 ‘네이처’는 2012년 366일(2012년은 윤년)간 과학이 이뤄낸 성과들을 결산하면서 서로 다른 접근법을 택했다. ‘사이언스’는 10개의 과학적 돌파구를, ‘네이처’는 과학을 만들어낸 10명의 사람을 주제로 삼았다. 물론 과학은 ‘사람’의 영역이기에 두 저널이 다루는 내용이 완전히 다를 수는 없다. 　사이언스는 올해 최고의 과학성과로 ‘힉스 입자의 발견’을 올려놓았다. 굳이 사이언스를 거론하지 않더라도 힉스 입자가 올 과학계 최고의 이슈라는데 어느 누구도 이의를 제기하기 힘들다. 1960년대 피터 힉스 에든버러대 교수를 비롯한 여러 과학자들이 그 존재를 예측한 이후 물리학계는 ‘세상 만물에 질량을 부여한 신(神)의 입자’를 찾기 위해 노력해왔다. 10조원 이상이 투입된 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC)가 올해 드디어 그 결과물을 내놓았다. 지난 7월 CERN은 “힉스로 추정되는 새로운 입자를 찾아냈다.”고 공식선언했다. CERN은 현재 이 입자가 힉스인지를 확인하는 작업을 진행 중이다. 당초 연말쯤 판명날 예정이었지만 이상징후들이 발견되면서 내년 3월로 발표가 미뤄진 상태다. 이 입자가 힉스든 아니든 인류가 지금까지 알려지지 않은 새로운 존재를 찾아낸 것은 부인할 수 없는 사실이다. 　힉스보다 더 오랜 기다림 끝에 올해 모습을 드러낸 물질도 있다. 1938년 이탈리아 물리학자 에토레 마요라나는 양자 이론을 토대로 ‘마요라나 페르미온’의 존재를 예측했다. 마요나라 페르미온은 세상을 구성하는 물질과 보이지 않는 영역을 차지하는 반물질의 경계에 서 있으며 우주 공간의 대부분을 차지하는 암흑물질의 주성분으로 추정된다. 올해 4월 네덜란드 델프트 대학 연구진이 특수 장치를 이용해 흔적을 찾아냈다. 과학자들은 마요나라 페르미온을 잡아둘 수 있으면 현재의 컴퓨터보다 수백~수만배 빠른 양자컴퓨터를 안정적으로 구현할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 　●생각만으로 로봇 팔 조종하는 기술 　‘진화’에 대한 오해 중 가장 흔한 것이 ‘진화에는 일정한 방향이 있다’고 생각하는 것이다. 이 때문에 늦게 생겨난 생물종일수록 고등동물이라는 착각에 빠지기 쉽다. 하지만 진화는 무수히 많은 가지를 뻗는 ‘생명의 나무’ 형태로 진행된다. 자연환경에 더 유리하게 적응한 동물이라도 사라질 수 있다는 것이다. 지난 9월 사이언스 표지를 장식한 ‘데니소바인의 게놈 해독’은 이같은 진화의 무방향성을 보여준다. 2008년 시베리아 남부 데니소바 동굴에서 발견된 데니소바인은 3만~5만년전 현생인류나 네안데르탈인과 같은 시대를 살았다. 학계에서는 이 당시에 최소한 4종 이상의 인류가 살았던 것으로 보고 있다. 독일 막스플랑크 연구진은 올해 데니소바인 소녀의 손가락 뼈와 어금니 화석을 통해 또다른 인류의 정체를 밝혀냈다. 분석결과 데니소바인은 약 80만년전 현생인류의 조상에서 갈라져 나왔고, 호주 인근 파푸아뉴기니에 사는 사람들이나 동남아시아인과 유전적으로 아주 비슷했다. 그렇다면 왜 데니소바인은 호모 사피엔스 대신 지구의 주인이 되지 못했을까. 연구진은 “현생인류는 전세계로 퍼져 나가면서 유전적 다양성을 확보해, 각 지역에 맞게 살아남을 능력을 확보했다.”면서 “하지만 데니소바인은 짧은 시간에 시베리아에서 동남아시아까지 이르는 넓은 지역으로 퍼져나가면서 다양성을 확보하지 못해 적응에 실패하고 멸종한 것으로 추정된다.”고 설명했다. 　인류의 영원한 꿈인 ‘사람을 대신하는 로봇’은 올해도 새로운 이정표를 세웠다. 지난 5월 미 브라운대 메디컬센터와 하버드 의대 연구진은 15년간 전신마비로 전혀 움직이지 못한 여성 환자가 생각만으로 로봇 팔을 조종하는 기술 시연에 성공했다. 이 여성은 로봇 팔이 테이블에 있는 커피잔을 들어서 입으로 가져오게 해 빨대로 커피를 마신 다음 다시 커피잔을 테이블에 가져다 놓게 했다. 그는 이 같은 작업을 6번 시도해 4번 성공했다. 어린이용 아스피린만한 센서 칩을 뇌에 이식한 덕분이다. 환자가 팔을 움직인다고 상상하면 칩은 뇌세포 수십 개의 전자 활동을 포착한 다음 컴퓨터에 신호를 보내고 컴퓨터는 이를 로봇 팔에 보내는 명령어로 전환한다. 아직까지 완벽하지는 않지만, 재활의학이나 로봇 분야에서 무한한 가능성을 입증한 것은 분명하다. 　유전자조작 기술도 주목받았다. 생물학자들은 유전자의 역할이나 변이를 밝히는 단계를 넘어 유전자를 직접 조작하거나 편집하는 수준에 이르렀다. ‘탈렌’(TALEN), ‘유전자 가위’ 등으로 불리는 이 기술들을 이용하면 단백질을 이용해 문제가 생긴 유전자의 일부분을 잘라내거나 이어붙이고, 위치를 바꿀 수 있다. 사람이나 동물의 질병 원인을 찾아 근본적으로 제거할 수 있고, 우수한 형질을 새롭게 심어넘을 수도 있는 ‘꿈의 기술’이라는 것이 사이언스의 평가다. 이 분야에서는 국내 연구진들도 세계 최고 수준을 인정받고 있다. 　●허리케인 샌디 예측한 고담의 수호자 　다시 힉스로 돌아가보자. ‘인류 역사상 최대 규모의 실험’으로 불리는 힉스 추적이 순탄했을리 없다. 유럽은 물론 세계 각국의 예산이 동원됐고, “왜 이런 실험에 돈을 대야 하느냐.”는 비판이 끊이지 않았다. 네이처가 올해 과학에서 주목받은 인물 중 첫 번째로 롤프 디터 호이어 CERN 소장을 꼽은 이유가 여기에 있다. 네이처는 호이어에게 ‘힉스 외교관’이라는 별칭을 붙였다. 호이어는 이론물리학자가 아니라 평생 가속기 설계에 매달려온 건축전문가다. 무엇보다 ‘달변가’다. 그는 CERN의 기자회견마다 등장해, 수많은 미사여부와 완벽한 비유로 사람들의 마음을 움직였다. CERN 연구에 참여하고 있는 박인규 서울시립대 교수는 “1만명이 넘는 사람들이 LHC실험에 참여했지만, 호이어가 없었다면 아예 실험진행이 불가능했을 것”이라고 평가했다. 　두 번째 인물은 올 10월 허리케인 ‘샌디’로 인한 미 동북부 지역의 피해를 12년 전에 미리 예측해 대비가 가능하도록 한 신시아 로젠츠베이그 박사가 꼽혔다. 네이처는 “로젠츠베이그는 허리케인으로 영화 베트맨 속 고담시가 될 뻔 했던 뉴욕의 수호자로 떠올랐다.”고 추어올렸다. ‘화성 습격’으로 불리는 미항공우주국(NASA)의 화성탐사선 ‘큐리오시티’ 프로젝트의 총괄책임자인 애덤 스텔츠너 박사는 정형적인 과학자의 틀을 깬다는 것이 무엇인지를 전세계에 보여줬다. 스텔츠너는 기존 방식으로는 큐리오시티가 화성 표면에 제대로 내릴 수 없다는 점을 해결하기 위해 낙하산을 이용한 획기적인 착륙법을 고안했다. 스텔츠너 덕분에 ‘25억달러짜리 위험한 도박’은 해피엔딩으로 끝을 맺었다. 전세계로 중계된 큐리오시티의 화성착륙은 마치 영화 속 장면처럼 호응을 얻었다. 큐리오시티는 현재 화성 표면을 분주하게 움직이며 새로운 샘플 분석 결과를 지구로 보내오고 있다. 이 밖에 암 줄기세포를 발견한 세드릭 블랑팽 벨기에 브뤼셀자유대 교수, 세계 최대 게놈 분석 기관인 베이징게놈연구소(BGI)를 이끄는 왕준 소장도 올해의 과학자로 선정됐다. 　과학계에 논란을 일으킨 사람들도 여럿 이름을 올렸다. 엘리자베스 아이런스 박사는 ‘과학계의 검은 이면’에 도전했다. 그는 2009년부터 실험을 통해 앞서 발표한 유명 연구들을 다시 실험해 실제로는 재연이 불가능한 조작된 결과들이라는 점을 만천하에 알렸다. 바이엘 등 거대 제약사의 연구는 물론 유전자 연구의 이정표로 꼽히는 연구들에서도 조작이 발견됐다. 네덜란드 에라스뮤스 의대의 론 푸시에 교수는 조류인플루엔자(AI) 바이러스가 인간 사이에도 감염될 수 있다는 것을 실험실에서 변종을 만들어 입증했다. 푸시에는 이후 “테러에 악용될 수 있다.”는 비판에 직면했고, 미국 정부가 논문 일부를 삭제하도록 요청하면서 ‘검열’ 논란에도 휘말렸다. 조 핸델스만 교수는 과학 분야 교수들이 여학생보다 남학생을 선호한다는 사실을 과학적으로 입증했다. 2009년 300여명의 희생자를 낸 대지진을 예측하지 못했다는 이유로 법원에서 금고 6년의 중형을 선고받은 베르나르도 데 베르나르디니스 박사는 올해 가장 황당한 사건의 주인공이 됐다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

세계적인 학술지인 미국의 사이언스지(誌)가 ‘올해의 10대 과학 성과’를 선정해 21일 발표했다. 사이언스지는 가장 눈부신 업적을 ‘힉스 입자의 발견’으로 꼽았다. 흔히 ‘신의 입자’라고도 불리는 이 입자는 지난 1964년 피터 힉스 영국 에든버러대 교수가 처음 그 존재를 예측했지만, 이후 40여년이 지나도록 단 한 번도 관측되지 않았다. 하지만 지난 7월 CERN(유럽원자핵공동연구소)가 시행한 실험에서 유사한 입자가 관측돼 학계를 놀라게 했다. 하지만 아직까지 힉스 입자가 확실한 지를 두고 공표를 하지 못한 상황으로 알려졌다. 이 밖에도 사이언스지는 미항공우주국(NASA)의 화성탐사선인 ‘큐리오시티’의 발사와 물질과 반물질의 경계인 마요라나 페르미온 입자의 발견, 그리고 고대 인류인 데니소바인의 지놈(유전자) 완전 해독 등을 10대 성과로 선정했다. /인터넷뉴스팀

‘신(神)의 입자’는 인간의 추적을 쉽게 허락하지 않으려는 것일까. 2012년 과학계 최고의 발견이자 현대물리학의 완성을 자신했던 유럽입자물리연구소(CERN) 과학자들이 곤혹스러워하고 있다. ●“힉스 물질 지나치게 많이 나와” CERN은 지난 7월 초 세미나를 열어 “거대강입자가속기(LHC)의 검출기 ATLAS와 CMS에서 힉스로 추정되는 새로운 입자를 발견했다.”고 밝혔다. 힉스 입자는 137억년 전 우주대폭발(빅뱅) 직후 우주 만물에 질량을 부여한 것으로 알려져 ‘신의 입자’, ‘창조의 천사’로 불린다. 1960년대 피터 힉스 영국 에든버러대 교수가 존재를 예측했지만, 실험적으로는 존재가 관측되지 않았다. CERN은 힉스 입자 검출을 위해 1992년부터 16년간 10조원 이상을 투입했다. 7월 세미나에서 롤프 디터 호이어 CERN 소장은 “새로운 입자의 발견은 확실하지만, 이것이 힉스 입자인지에 대해서는 좀 더 데이터가 쌓여야 한다.”면서 “올 연말 우리는 그것을 찾았다고 선언할 것”이라고 말했다. CERN의 발표 이후 전 세계 물리학자들은 사실상 힉스 입자가 발견된 것으로 단정지어 왔다. 하지만 CERN은 올 연말 샴페인을 터트리지 못할 것으로 보인다. 지난 한 달간 얻어진 LHC의 실험 결과들이 기이한 현상을 보이고 있기 때문이다. ATLAS팀은 지난 13일(현지시간) 스위스 제네바에서 세미나를 열고 “힉스 추정 입자에서 전혀 기대하지 않았던 결과가 나타나고 있다.”고 선언했다. 힉스는 관측이 불가능할 정도로 아주 짧은 기간 동안만 존재한 뒤 다른 입자들로 붕괴한다. 과학자들은 붕괴되는 입자들의 종류와 구성 등으로 힉스를 역추적한다. CERN의 관계자는 “입자가 계산보다 지나치게 많이 나오고 있다.”면서 “힉스 입자가 붕괴된 이후에 등장하는 Z 입자도 계산과 다르다.”고 밝혔다. 무엇보다 ATLAS의 실험에서 두 종류의 힉스가 검출되고 있는 것이 가장 큰 문제다. 과학전문 사이언티픽아메리칸은 “123.5GeV(기가전자볼트)와 125.6GeV 대역에서 동시에 힉스로 추정되는 입자가 발견된다.”고 전했다. 이는 양성자의 123.5배와 125.6배의 질량을 가진 입자가 각각 존재한다는 뜻으로, 둘 중 하나는 전혀 새로운 입자이거나 둘 다 힉스가 아닐 수 있다는 것을 의미한다. LHC의 다른 검출기인 CMS 운영팀은 아직 결과 발표 계획조차 잡지 못하고 있다. LHC는 기계조정을 거쳐 내년 초 다시 가동된다. ●다른 결론 가능성에 물리학계 흥분 과학전문 뉴사이언티스트는 “CERN 과학자들에게는 불편한 일이지만, 힉스가 너무 많이 나오거나 힉스가 아닌 새로운 입자라는 실험 결과에 물리학계는 오히려 들떠 있다.”면서 “힉스를 예측한 현대물리학의 근간인 표준모형이 잘못됐다는 사실은 다른 학자들에게는 ‘초끈이론’, ‘초대칭이론’ 등 새로운 이론이 아직 틀리지 않았다는 희망을 준다.”고 전했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

스위스 제네바의 유럽 입자 물리연구소(이하 CERN)가 운영하는 대형강입자충돌기(Large Hadron Collider)를 무대로 하는 좀비 영화가 공개돼 화제가 되고 있다. 특히 이 영화의 감독과 각본을 실제 물리학자가 맡았으며 배우 역시 학생들이 동원돼 더욱 눈길을 끌고 있다. 단 3000달러(약 320만원)라는 저예산이 투입된 이 영화의 제목은 ‘디케이’(Decay)로 보통의 좀비 영화처럼 시나리오는 단순하지만 보다 과학적이다. 대형강입자충돌기가 고장을 일으켜 ‘신의 입자’로 불리는 힉스 입자가 생성되고 이것에 노출된 사람들이 좀비가 돼 사람들 사냥에 나선다는 것. 감독을 맡은 맨체스터 대학 물리학과 박사과정 학생 루크 톰슨은 “2년전 대형강입자충돌기를 보고 처음 이같은 영화를 구상했다.” 면서 “출연하는 사람들도 모두 학생들로 제작 비용을 최대한 줄였다.”고 밝혔다. 이어 “무려 27km에 달하는 세계에서 가장 큰 실험실을 배경으로 좀비에 쫓기는 CERN 과학자들의 이야기가 흥미진진할 것”이라고 덧붙였다. 한편 촬영은 일반에 공개된 장소에서만 이루어졌으며 무료로 다운로드해 (www.decayfilm.com) 볼 수 있다. 인터넷뉴스팀　 　　

보름간 전 세계를 뜨겁게 달궜던 ‘외계인 소동’은 미항공우주국(NASA)이 또다시 양치기 소년이 되는 것으로 일단락됐다.<서울신문 12월 3일자 1면> 나사는 3일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 개막한 ‘미 지구물리학회 가을 학술대회’에서 “화성 탐사 로봇 큐리오시티가 유기화합물의 단서를 발견했다.”고 발표했다. ●“화합물 지구서 묻어갔을 수도” 나사 연구팀은 “큐리오시티가 화성의 토양에서 얻은 샘플을 화성시료분석기(SAM)로 분석한 결과 염소와 황, 물, 탄소 함유 유기화합물의 흔적이 나왔다.”면서 “그러나 유기화합물이 지구에서 묻어 간 것인지는 몇 달간 검증을 더 해봐야 한다.”고 밝혔다. 탄소를 포함한 유기화합물은 생명체의 활동에 필수적인 요소지만 생명의 존재 자체를 증명하지는 않는다. 우주 전역에서 광범위하게 유기화합물이 발견된다. 과학계와 네티즌들은 실망감을 감추지 못하고 있다. 지난달 20일 큐리오시티 책임자인 존 그롯징어 캘리포니아공과대 교수가 한 방송 인터뷰에서 “역사책에 남을 만한 발견을 했다.”고 언급하면서 기대를 모았던 ‘화성 생명체 발견’과는 동떨어진 발표였기 때문이다. 일부 네티즌들은 “ET의 손을 잡고 기자회견장에 나타날 것 같았는데 단순히 화합물 발견이라니 언론플레이가 지나치다.”고 나사를 비난하고 있다. 나사는 2010년에도 외계 생명체에 대한 중대 발표가 있다며 기자회견을 자청했지만, 정작 내용은 캘리포니아의 한 호수에서 새로운 종류의 박테리아를 발견했다는 것이었다. 나사는 이날 로스앤젤레스 제트추진본부에서도 별도의 기자회견을 열어 “탐사위성 보이저 1호가 태양계의 마지막 허들을 넘고 있다.”고 발표했다. 하지만 이 역시 태양계의 마지막 영역일 뿐 태양계를 벗어난 것은 아니라고 선을 그었다. ●“보이저1호 태양계 마지막 영역 진입” 전문가들은 전 세계 우주과학을 주도해 온 나사가 잇따라 ‘낚시질’로 보일 만한 발표를 거듭하는 것은 예산 삭감 논란 때문이라고 보고 있다. 나사는 2009년 인건비가 20% 이상 삭감되고 차세대 우주왕복선 프로젝트 일정이 늦춰지는 등 경제 위기의 직격탄을 맞고 있다. 한국연구재단 관계자는 “거대 과학은 국민들이 체감할 수 있는 당위성을 보여 주기 힘들기 때문에 나사가 대중의 관심을 끌기 위해 일단 소문을 키운 뒤 과학적 사실을 발표하는 이벤트를 하고 있는 것”이라며 “있는 그대로를 말한다는 과학자의 양심에는 걸리겠지만, 오죽하면 저런 전략을 쓸까 하는 생각도 든다.”고 말했다. ‘낚시질’이 나사의 전유물은 아니다. 올해 ‘신의 입자’ 힉스 발견으로 과학계는 물론 일반인의 관심을 모은 유럽입자물리연구소(CERN) 역시 불완전한 데이터가 조금씩 개선될 때마다 마치 힉스를 발견한 것처럼 기자회견을 자청해 빈축을 샀다. CERN은 이달 중순 힉스 발견 공식선언 기자회견을 열 계획이지만, 과학계에서는 막대한 예산이 필요한 거대강입자가속기(LHC) 운영 예산 확보를 위한 이벤트로 받아들이고 있다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

‘지루하기 짝이 없는’ 입자. 지난 7월 유럽입자물리연구소(CERN)는 축제분위기였다. 우주 만물에 질량을 부여해 ‘신의 입자’로 불리는 ‘힉스 입자’로 추정되는 물질을 발견했다는 CERN의 발표는 물리학의 새로운 역사가 열렸다는 선언으로 받아들여졌다. 힉스의 발견은 모든 물질이 기본 입자 6쌍과 힘을 매개하는 입자 4개 등 총 16개로 이루어져 있다는 표준모형의 완성을 의미한다. CERN은 발표 이후 후속실험을 통해 검증 작업을 거친 후 연말쯤 결과를 발표하겠다고 밝혔고, 이제 그 시기가 다가오고 있다. 하지만 시간이 지날수록 물리학계는 실망감에 휩싸이고 있다. 힉스는 에든버러대 물리학과 교수인 피터 힉스가 1964년 표준모형으로 설명할 수 없는 궁금증을 해결하기 위해 세운 ‘가설’이다. 그는 실험이 아닌 계산과 다른 입자의 성질을 이용해 힉스의 존재를 예측했다. 50년간 물리학자들은 이 이론의 실체를 찾기 위해 애썼고, CERN은 거대강입자가속기(LHC)를 이용해 이를 찾아냈다. 문제는 힉스가 반세기의 예측 그대로 너무나 힉스답다는 것이다. 7월 발표 당시만 해도 상당수 과학자들은 고무돼 있었다. 힉스는 아주 짧은 시간 동안만 존재한 뒤 다른 입자로 붕괴되는데, CERN의 데이터에서는 예측과 다르게 타우 입자가 발견되지 않았다. 이를 두고 표준모형에 없는 다른 입자가 있을 가능성이 있다고 해석하는 사람도 많았다. 일부 학자들은 이것이 현재의 표준모형으로는 설명이 불가능한 암흑물질이나 중력에 대한 새로운 실마리를 제공할 것으로 기대했다. 그러나 지난 14일 일본 교토에서 열린 고에너지 콘퍼런스에서 CERN이 공개한 후속실험 데이터에서는 타우 입자가 충분히 발견됐다. 힉스 검출 실험에 참가하고 있는 박인규 서울시립대 교수는 “LHC가 안정적으로 가동되면서 더 많은 힉스가 나오고, 이전보다 훨씬 많은 데이터가 축적됐다.”면서 “데이터는 힉스와 물리학계가 예측한 표준모형이 옳다는 것을 보여주고 있다.”고 설명했다. 1979년 노벨상 수상자인 스티브 와인버그 텍사스대 교수는 뉴사이언티스트와의 인터뷰에서 “LHC에서 발견된 것이 점차 힉스로 확정되는 것 같다.”면서 “힉스가 예상대로만 움직인다면 그것은 악몽의 시나리오”라고 밝혔다. 새로움이 없는 과학에는 흥미를 느끼지 못하는 과학자의 숙명이 여기에서 거듭 확인되고 있는 셈이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

지난 7월 ‘신의 입자’로 불리는 힉스 입자를 발견한 유럽입자물리연구소(CERN)가 처음으로 ‘신의 존재’를 언급했다. ‘우주를 탄생시킨 것이 자연이냐, 신이냐’는 근원적인 문제에 관심을 표명한 것이다. 지금까지 CERN은 불필요한 오해를 낳는다며 신에 대한 언급을 회피해 왔다. 우주만물에 질량을 부여한 것으로 알려진 힉스 입자는 우주가 시작된 138억년 전 대폭발(빅뱅) 직후 오늘의 우주가 만들어지기까지의 과정을 설명할 수 있는 핵심 존재다. CERN은 지난 15일(현지시간)부터 이틀간 스위스 제네바에서 ‘빅뱅: 신을 위한 자리는 있는가’라는 주제의 토론회를 열었다. 롤프 디터 호이어 CERN 소장은 “이제 자연과학과 신학, 철학이 모여 빅뱅 이전과 이후, 우주탄생에 대해 토론할 때가 됐다.”고 선언했다. 토론에서 과학·철학·신학은 서로의 맹점을 지적하는 데 열을 올렸다. 이론물리학자인 로렌스 크라우스 애리조나대 교수는 “과학의 힘은 불확실성에서 나오고, 과학은 이 불확실성을 증명하기 위해 앞으로 나간다.”면서 “이 때문에 과학은 발전했고, 우주탄생에 다가가고 있지만 종교는 제자리에만 머물러 있다.”고 공격했다. 기독교계를 대표한 존 레녹스 옥스퍼드대 수학과 교수는 “물리학 법칙은 모두 빅뱅 이후에만 초점을 맞추고 있어 빅뱅 이전의 세계를 전혀 설명하지 못한다.”면서 “너무나 과학적인 컴퓨터를 과학자들이 신뢰하지 못하듯 과학이 절대적이라는 믿음은 잘못된 것”이라고 반박했다. 일부 참석자들은 이같은 토론이 과학과 종교가 양립할 수 없다는 고정관념에 대한 초보적 도전이라고 평가했다. 호이어 소장은 “양측의 대화를 보면서 각각의 분야에서 사용하는 용어조차 이해하지 못하는 것이 가장 큰 문제라는 점을 알았다.”면서 “신학자나 철학자들이 CERN에서 실험을 할 수는 없겠지만 철학이나 신학의 입장도 일부 이해할 수 있었다.”고 밝혔다. 앤드루 핀센트 옥스퍼드대 램지 과학종교센터장은 “지난 25년간 이론물리학이 정체된 것은 과학이 종교 등 다른 분야를 거부한 채 고립됐었기 때문”이라며 “아인슈타인이 신의 존재를 궁금해한 것이 그의 연구에 막대한 영향을 미쳤다는 점을 기억해야 한다.”고 지적했다. 토론회는 “지속적인 토론이 필요하다.”는 결론으로 마무리됐다. 크라우스 교수는 “많은 사람들은 과학이 자신의 믿음을 깰까봐 두려워하고 있다.”면서 “과학은 단지 세계를 바라보는 새로운 시각을 제공하는 것일 뿐”이라고 말했다. 핀센트 박사는 “우리는 과학적 사실이 다른 분야에 영향을 미치는 초전문화의 단계에 근접한 만큼 이에 대해 계속 얘기해야 한다.”고 지적했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

스위스 유럽입자물리연구소(CERN) 연구원이었던 팀 버너스 리 박사는 1989년 3월 상사에게 ‘정보관리 제안서’라는 문서 하나를 제출했다. 과학자들의 연구 성과를 서로 주고받을 수 있도록 컴퓨터를 연결하자는 이 아이디어는 곧 받아들여졌고, 1년 뒤 유럽 내 핵물리학자들의 네트워크가 만들어졌다. 그로부터 불과 20년 후인 오늘날 인류는 언제, 어디서나 컴퓨터나 휴대전화만 있으면 세계의 모든 정보를 쉽게 얻을 수 있는 세상에 살고 있다. 리 박사가 만든 것은 1960년대 미 국방부 내부 네트워크로 개발된 인터넷이 전세계로 확산될 수 있는 결정적 열쇠가 된 ‘월드 와이드 웹’(World Wide Web)이었다. ●개미가 인터넷의 원조? 이런 인터넷과 월드 와이드 웹의 원조가 사람이 아닌 개미라는 학설에 과학계가 주목하고 있다. 사실이라면 불과 20년 전에 월드 와이드 웹을 발명한 인류가 수백만년간 지구상에 살아온 개미에 앞서 인터넷을 발명했다고 주장할 수 없는 셈이다. 데보라 고든 미 스탠퍼드대 교수는 최근 국제전기전자기술자협회(IEEE) 모임에서 “개미 사회를 연구한 결과, 이들의 네트워킹 방식이 인터넷 및 월드 와이드 웹의 원리와 아주 유사하다는 사실을 확인했다.”고 밝혔다. 8000여 마리의 개미와 함께 살면서 개미 사회를 연구해온 고든은 이 같은 개미의 네트워크를 ‘앤터넷’(anternet)으로 명명했다. 고든은 같은 대학의 컴퓨터공학자인 바라지 프라브하카 교수와 함께 인터넷과 앤터넷의 유사성 연구를 진행했다. 두 사람은 개미가 먹이를 수확하기 위해 집을 나갔다가 돌아오는 과정이 정보를 보내고 받는 인터넷의 핵심 알고리즘인 TCP와 거의 같다는 사실을 발견했다. 인터넷과 개미사회의 가장 큰 공통점은 거대한 시스템을 움직이는 ‘머리’나 ‘중앙통제시스템’이 따로 없다는 점. 누가 감독하지도 않고 지시하는 존재도 뚜렷하지 않지만 시스템은 그 자체로 원활하게 돌아간다. 인터넷이 서버 단위로 구성된 소규모 네트워크 안에서 각자의 역할을 알아서 수행하듯 개미 역시 자신과 같은 존재인 주변과의 간단한 의사소통만으로 자신의 할 일을 척척 해낸다. 간혹 부분적인 오류가 있지만 전체 단위로 놓고보면 아무런 문제가 없는 것도 같다. 개미는 먹이를 구할 때 다른 개미가 가져온 먹이를 빼앗거나 방해하지 않는다. 개미는 집을 나서는 순간부터 어떻게 하면 가장 빠른 시간에 가장 빠른 경로로 먹이에 도달할 수 있을지에만 관심을 쏟는다. 한번 먹이를 발견하면 신속하게 귀가한다. 특히 먹이가 많으면 많을수록 개미의 이동속도는 더 빠르다. 이는 인터넷의 원리와 놀랄 만큼 닮았다. 정보를 보내기 위한 전파 대역 폭을 최대한 줄이는 반면 정보의 밀집도를 높이는 것이 인터넷의 핵심 알고리즘이다. 심지어 개미는 먼저 나간 개미의 귀환 속도가 늦어지면 이 대열에 합류하지 않고 다른 쪽에서 먹이를 찾는다. 실제로 고든 교수가 먹이를 구해 돌아오는 개미 중 일부를 집이 아닌 곳에 격리하자 다른 개미들이 다시 먹이를 구하는 행렬에 동참한다는 사실을 확인했다. 보내고 받는 정보량이 포화상태에 이르렀다고 판단되면 인터넷이 다른 경로를 찾고, 특정 대역이 비면 그곳에 더 많은 정보를 보내는 것과 같은 행동 양식이다. ●‘서버단위’ 네트워크로 구성 또 20분간 앞선 개미가 돌아오지 않으면 아예 먹이 탐사가 중단되기도 한다. 이는 인터넷이 송신자의 정보 전송이 멈추면 네트워크에서 자동으로 로그아웃되는 것과 흡사하다. 누군가의 명령이 없는 상황에서도 명확한 예측과 시스템에 의해 개미들이 일사불란하게 움직이고 있는 것이다. 고든 교수는 “만약 개미사회를 미리 알았더라면 수많은 수식을 동원해 알고리즘을 짜는 수고가 필요없었을 것이며, 더 발전된 인터넷의 등장도 가능했을 것”이라고 말했다. 실제로 최근 응용과학 분야에서는 개미에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 생물학 전공자 중 상당수가 수리과학이나 금융수학 연구소에 몸담고 있다. 이들은 개미들의 움직임을 패턴화시킨 프로그램을 만들어 불규칙 속에서 규칙성을 찾거나, 효율적인 네트워크 설계에 이용하고 있다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

노벨상의 계절이 돌아왔다. 올해로 111회를 맞는 노벨상은 각 분야에서 ‘지구 상의 가장 위대한 인물’이라는 칭호나 다름없는 권위를 갖는다. 스웨덴 노벨위원회는 10월 8일(현지시간) 생리의학상을 시작으로 물리학상(9일), 화학상(10일), 평화상(12일), 경제학상(15일)을 발표한다. 문학상은 관례에 따라 일정이 별도로 공개된다. 글로벌 학술 정보 서비스업체 ‘톰슨 로이터’는 올해 수상이 유력시되는 노벨상 후보를 19일(현지시간) 발표했다. 톰슨 로이터는 논문 인용 횟수와 주목도로 학문적 업적이 뛰어난 노벨상 수상 후보를 매년 발표하고 있다. 지난 21년간 이 업체가 선정한 후보 중 22명이 노벨상을 수상했다. 올해도 미국이 초강세를 보이는 가운데 일본 학자들의 영향력이 여전했다. 한국인 후보는 없다. ●의학:세포 접착 vs 유전자 조절 생리의학 분야에서는 세포와 세포가 자연스럽게 붙는 현상의 원리를 밝혀낸 리처드 하이네스 매사추세츠공대(MIT) 교수, 에르키 루오슬라티 샌퍼드번햄 의학연구소 교수, 마사토시 다케이치 일본이화학연구소(RIKEN) 연구원 등이 첫 번째로 꼽혔다. 세포 간의 신호 전달과 조작을 발견해 암 발생 원인을 알아낸 앤서니 R 헌터 캘리포니아 샌디에이고대(UCSD) 교수, 앤서니 J 포슨 토론토대 교수도 유력한 후보로 선정됐다. 또 후천적 요인에 의한 유전자가 후대로 물려지는 과정을 발견한 데이비드 앨리스 록펠러대 교수, 마이클 그룬스타인 캘리포니아 로스앤젤레스(UCLA) 교수도 명단에 이름을 올렸다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 힉스 입자 발견으로 관심을 모은 피터 힉스 에든버러대 교수는 물리학상 후보에 포함되지 않았다. 데이비드 펜들버리 톰슨 로이터 노벨상예측팀장은 “과학적 발견 이후 수상하기까지 25년 정도 걸리는데 힉스 교수가 올해 바로 수상하기는 이르다.”면서 “또 힉스 입자에 중요한 영향을 미친 학자가 최소 5명 이상으로, 공동 수상이 3명까지만 허용되는 노벨상 원칙에도 어긋난다.”고 지적했다. 대신 ‘빛의 속도를 늦추는 방법’을 찾아낸 스티븐 해리스 스탠퍼드대 교수, 레넨 하우 하버드대 교수팀이 유력한 후보로 분류됐다. 이들은 초속 30만㎞에 가까운 빛의 속도를 자전거 선수의 속도인 초속 16.9m 수준으로 늦추는 데 성공했다. 다공성 실리콘이 빛을 낸다는 사실을 밝혀낸 리 캔햄 버밍엄대 교수도 후보로 거론됐다. 찰스 베넷 IBM 연구소 연구원, 자일스 브라사드 몬트리올대 교수는 해킹이 불가능한 양자 암호를 개발한 업적으로 후보에 이름을 올렸다. 화학상에서는 광촉매를 개발한 아키라 후지시마 도쿄대 교수, 양자점으로 나노크리스털을 만든 루이스 브루스 컬럼비아대 교수가 각각 단독 후보로 꼽혔다. 또 금촉매를 발명해 환경 오염 개선에 영향을 미친 마사타케 하루타 도쿄도립대 교수, 그레이엄 허칭스 카디프대 교수도 후보로 선정됐다. ●경제학:파생상품 vs 시장변동성 경제학상 후보로는 1976년 파생상품 가격과 관련된 ‘재정가격결정이론’을 주창한 스티븐 로스 MIT 교수가 최우선 후보로 꼽혔다. 로스 교수는 2010년 키코 소송에서 은행 측 증인으로 국내 법정에 선 바 있다. 시장변동성을 이용해 주택가격지수(케이스-실러 지수)를 만든 로버트 실러 예일대 교수가 두 번째 후보다. 실러 교수는 미국의 주택 거품 붕괴와 서브프라임모기지 사태를 예견한 대표적 시장 비관주의자다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

●왕 교수 “스칼라 중력입자 있다” 발표 인류 최대의 실험으로 불리는 유럽입자물리연구소(CERN)의 힉스 입자(Higgs boson) 찾기 작업이 마무리 단계에 접어들었다. 지난 7월 CERN은 거대강입자가속기(LHC)에서 힉스로 추정되는 입자의 존재를 확인했으며, 검증을 거쳐 연말쯤이면 힉스의 존재 유무를 확정지을 수 있다고 밝힌 바 있다. 힉스는 137억년 전으로 추정되는 ‘빅뱅’ 발생 직후 모든 물질을 구성하는 6쌍의 구성 입자와 힘을 전달하는 4개 매개 입자들에 각각의 질량과 성질을 부여한 것으로 알려져 ‘신의 입자’로 불린다. 1964년 처음 존재를 주장한 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수의 이름을 따 힉스로 명명됐다. 물리학자들은 힉스 입자의 발견이 현대 물리학의 근간인 ‘표준모형’의 완성이라고 설명한다. 그렇다면 올해 말 인류는 우주만물의 원리를 모두 파악하게 되는 것일까. 애석하지만 그렇지 않다. 표준모형은 ‘우주가 무엇으로 구성돼 있는가.’라는 질문에 ‘힉스를 포함한 총 17개의 입자가 상호작용을 하면서 우주 만물을 구성하고 유지한다.’고 답한다. 표준모형을 통해 전기력과 자기력을 일컫는 ‘전자기력’, 원자핵과 같은 단단한 물질을 묶어 주는 ‘강한 핵력’, 아주 작은 물질이 성질이 다른 물질과 관계를 맺게 해주는 ‘약한 핵력’ 등의 원리를 설명할 수 있다. 우주의 힘 네 가지 중 세 가지가 표준모형으로 해결된다. 하지만 표준모형은 질량이 있는 두 물질이 서로를 끌어당기는 힘인 ‘중력’을 설명할 수 없다. 중력은 400년 전 갈릴레이와 뉴턴에 의해 존재가 입증됐지만 아직 원리가 밝혀지지 않고 있는 ‘미지의 힘’이다. 결국 표준모형은 모든 학자들이 꿈꾸는 ‘모든 것을 설명할 수 있는’ 최종이론(Theory of everything)이 될 수 없다. 중력에 대한 새로운 가설이 물리학계의 주목을 받고 있다. ‘힉스’ 이후 물리학계 최고의 화두가 될 것이 분명한 이 가설은 9월 초 피터 왕 에버딘대 교수가 “중력의 존재를 입증할 수 있는 새로운 입자인 ‘스칼라 중력 입자’가 있다.”고 발표하면서 알려졌다. 파이낸셜타임스, 가디언 등 외신들은 이 입자를 ‘왕 입자’(Wang particle)라는 별칭으로 부르고 있다. 가디언은 “물질의 근본에 이름을 남긴 과학자는 입자의 한 그룹을 뜻하는 ‘보스 입자’(보존)에 이름을 남긴 인도 물리학자 사티엔트라 나스 보스(1894~1974)와 피터 힉스가 유이(有二)하다.”면서 “왕 교수의 이론이 입증되면 이 같은 영광을 받을 세 번째 사람이 될 것”이라고 밝혔다. ●“왕 입자 존재땐 별의 폭발도 설명 가능” 왕 교수는 ‘왕 입자’에 대한 아이디어를 ‘별은 왜 폭발하는가’에 대한 연구를 진행하던 중에 얻었다. 거대한 별은 핵융합 발전소와 같은 원리로 활동한다. 수소 원자가 융합하면서 헬륨 원자들이 탄생하는 과정에서 에너지가 생겨 빛과 열을 만들고, 이렇게 만들어진 별의 핵 속에서 산소·탄소·철 등 무거운 원소들이 생겨난다. 나이가 든 거대별은 최후를 맞으며 초신성 폭발을 일으킨 뒤 중성자별 또는 블랙홀로 바뀌며 소멸하거나 중성자별 상태에서 또 다른 별과 합쳐져 새로운 블랙홀로 진화하는 것으로 알려져 있다. 하지만 천문학자들은 아직까지 이런 폭발이 왜 일어나고, 초신성 폭발이 어떻게 ‘우주에서 유일한 빛’으로 불릴 만큼 막대한 에너지를 방출하는지에 대한 답을 내놓지 못하고 있다. 왕 교수는 이 같은 폭발에 ‘왕 입자’가 관여하고 있다고 봤다. 왕 교수는 “이 입자는 표준모형의 기본입자들과 비슷하며 힉스와 같은 스칼라 입자”라고 설명했다. 스칼라 입자는 그 자체로는 아무런 회전이나 자기력을 가지고 있지 않은 입자로, 다른 입자와의 상호작용에 의해서만 역할을 한다. 왕 교수의 이론에 따르면 힉스는 힉스장을 만들어 다른 입자들에 질량과 성질을 부여하지만, 왕 입자는 각 입자들이 서로 끌어당기는 중력을 갖도록 한다. 그는 “왕 입자의 존재를 가정하면 별의 폭발에서 생기는 에너지를 설명할 수 있는 것은 물론이고 중력도 입증할 수 있다.”고 강조했다. 왕 교수는 오는 12월 CERN과 왕 입자를 찾기 위한 실험에 대해 논의할 계획이다. 힉스 이후 LHC 활용을 고민하고 있는 CERN 역시 관심이 높은 것으로 알려졌다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

체코 출신의 사고뭉치(?) 조각가 데이비드 체르니(David Cerny)가 런던 올림픽을 기념하는 특이한 작품을 공개해 눈길을 끌고있다.　 이번에 공개된 작품은 런던을 상징하는 2층 버스가 ‘팔굽혀펴기’를 하는 무려 6톤짜리 예술품 ‘런던 부스트’(London Boosted)다. 지난 20일(현지시간) 런던 북부 이즐링턴에 설치된 이 작품은 1957년 제작된 버스 옆면에 두개의 거대한 팔을 부착한 것으로 실제로도 팔굽혀펴기를 한다. 특히 버스는 팔굽혀펴기를 할때 힘들다고 신음소리를 내며 창문을 통해 영상을 보여주는 것이 특징.　 작품을 제작한 체르니는 “팔굽혀펴기는 세계 모든 선수들이 하는 공통된 운동” 이라면서도 “동시에 군대나 감옥에서 얼차려로 쓰이기도 한다.”고 밝혔다. 이같은 팔굽혀펴기의 아이러니한 점이 이 작품을 제작한 동기라는 것이 체르니의 설명. 그간 체르니는 특이한 작품 못지 않게 다양한 논쟁적인 작품으로 뉴스의 중심에 떠오른 바 있다. 지난 1991년에는 구 소련의 탱크를 분홍색으로 칠해 구속된 바 있으며 2009년에는 유럽 연합 본부 앞에 회원국의 상징물을 형상화한 작품 ‘엔트로파’(Entropa)를 공개했으나 국가의 상징이 적절치 않다는 비난에 휩싸인 바 있다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난 4일(현지시간) 스위스에 위치한 유럽입자물리연구소(CERN)에서 지난 반세기 동안 물리학계가 기다려 온 소식이 전해졌다. 세상 만물에 질량을 부여해 ‘신의 입자’로 불리는 힉스로 추정되는 새로운 입자가 발견됐다는 것이다. 힉스의 발견은 현대물리학의 근간인 표준모형의 완성을 의미한다. 하지만 표준모형이 완벽한 이론으로 자리매김했다는 사실이 반갑지 않은 사람들이 적지 않다. 와이어드는 최근 ‘힉스의 발견은 어떻게 현대물리학을 망가뜨리는가’라는 제목의 전망기사를 실었다. 과학전문 매체들도 환호와 실망을 동시에 전하고 있다. 이상하지 않은가. 그토록 찾아 헤매던 힉스가 오히려 물리학에 해를 끼친다니 말이다. 간단히 말하면, 진실에 가까워질수록 새로운 가능성이 줄어들기 때문에 생긴 일이다. 항상 새로운 것을 찾아 헤매고, 끊임없이 우주의 기원을 고민하던 사람들에게 50년 전의 이론이 맞다는 것은 정말 재미없는 일임에 틀림없을 것이다. 와이어드는 “CERN 관계자들은 예상대로 힉스의 특성이 나타나기를 고대하고 있지만, 이론물리학자들은 이젠 힉스가 전혀 이상한 움직임을 보이기만을 바라고 있다.”면서 “힉스가 진짜로 판명되면 이론물리학은 재앙을 맞게 될 것”이라고 전했다. 와이어드는 힉스의 등장이 지난 반세기판동안 이론물리학자들이 제시한 수많은 이론들을 순식간에 과거의 오류로 만들면서, 물리학자들의 궁극적인 꿈인 ‘최종이론’(세상 모든 현상을 아우르는 하나의 원리)으로 다가가는 길을 더욱 멀게 만들 것이라고 내다봤다. 표준모형은 눈에 보이는 수많은 것들을 설명하지만, 중력을 포함하지 못하고, 암흑물질과 암흑에너지도 설명하지 못한다. 끈이론과 초끈이론, 초대칭이론 등 힉스를 포함한 표준모형이 틀렸다는 가정하에 최종이론을 꿈꾸며 만들어진 이론들이 일순간에 물거품이 된 만큼, 물리학자들은 사실상 처음부터 다시 시작해야 하는 출발점에 서게 된 것이다. CERN의 거대강입자가속기(LHC)가 힉스를 발견했다는 것은 이론물리학이 ‘세상을 설명하는 아름다운 수식’으로 표현하는 예측들이 실험의 노예가 된다는 것을 의미하기도 한다. 검증되지 않은 것을 검증하기 위해 물리학은 더욱더 큰 장비와 기계가 필요하기 때문이다. 최종이론을 만들고 이를 증명하기 위해 필요한 투자는 LHC에 들어간 50억 달러와는 비교도 안 되게 많을 것이 확실해 보인다. 박인규 서울시립대 물리학과 교수는 “학자들은 간단명료하고 짧은 수식으로 표현할 수 있는 초대칭이론 대신 조악하기 짝이 없다고 무시했던 표준모형이 옳다는 것을 인정하고 싶지 않을 것”이라고 설명했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

1960년대에 확립된 표준 모형의 마지막 퍼즐인 힉스는 오랜 역사만큼이나 많은 에피소드를 낳았다. 힉스가 ‘신의 입자’로 불리게 된 것은 노벨 물리학상을 수상한 리언 레이더먼이 1993년에 ‘신의 입자’라는 책을 쓴 것이 계기가 됐다. 원래 레이더먼이 쓴 책의 제목은 ‘빌어먹을 입자’(Goddamn Particle)였다. 영국 정부는 힉스를 찾기 위해 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기(LHC) 분담금을 내야 한다는 과학자들의 제안서를 전혀 이해하지 못했다. 결국 힉스를 가장 쉽게 설명하는 과학자에게 연구비를 지원하겠다는 취지의 대회까지 열었다. 힉스의 발견은 곧 노벨상 수상을 의미한다. 나머지 16개의 입자를 발견한 과학자 대부분이 노벨상을 수상했다. 이 관점에서 보자면 힉스라는 이름을 제공한 피터 힉스 에든버러대 교수 문제가 논란이 될 수 있다. 힉스 교수는 1964년 새로운 입자의 가능성을 제시했지만 비슷한 시기에 4~5명의 과학자가 같은 내용의 논문을 내놨기 때문이다. 이 과정에 한국계 물리학자 고 이휘소 박사가 있다. 당시 미 페르미연구소 연구부장이던 이 박사가 이름이 없던 이 입자를 처음 힉스라고 명명했다. LHC에서 힉스를 추적하고 있는 과학자는 41개국 3275명이다. 기술자도 790명에 이른다. 따라서 연말에 발표될 것으로 보이는 관련 논문 역시 저자가 2000명 이상인 역대 최대 규모가 될 것으로 보인다. 4일 CERN이 내놓은 보도자료 중에는 한국어판도 있다. 공동 연구에 참여한 한국 연구진에 대한 존중의 의미를 담은 것이라는 게 박인규 서울시립대 교수의 설명이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

“유레카(알아냈다)!” 과학사의 새로운 장이 열렸다. 인류가 지금까지 알려지지 않았던 17번째 입자를 발견했다. 전 세계 41개국 3275명 과학자들의 20여년에 걸친 노력의 결실이다. 그러나 이 입자가 우주 만물에 성질과 질량을 부여한 신(神)의 입자 ‘힉스’인지에 대해서는 추가적인 검증이 필요하다. 그러나 힉스로 판명되든 아니든 물리학의 역사는 완전히 바뀌게 됐다. ●“125GeV 대역서 찾아내… 추가 검증 필요” 롤프 디터 호이어 유럽입자물리연구소(CERN·선) 소장은 4일(현지시간) 스위스 CERN 본부에서 “거대강입자가속기(LHC)에서 힉스를 추적해 온 CMS팀과 ATLAS팀이 125~126GeV(기가전자볼트) 대역에서 지금껏 알려지지 않았던 새로운 입자를 찾아냈다.”고 발표했다. CMS와 ATLAS는 복합 대규모 검출기 종류다. 125GeV는 이 입자가 양성자 125배의 질량을 갖는 거대한 입자임을 의미한다. 호이어 소장은 “우리가 20년 동안 찾아 헤맨 힉스인지는 확실치 않다.”면서 “지금껏 전혀 알려지지 않았던 새로운 물질일 수도 있는 만큼 추가 연구를 진행할 것”이라고 밝혔다. 현대 물리학은 우주 만물을 ‘표준 모형’으로 설명하고 있다. 이는 모든 물질이 기본 입자 6쌍과 힘을 매개하는 입자 4개 등 총 16개로 구성돼 있다는 이론이다. 1995년 미국 페르미연구소가 톱쿼크를 발견하면서 16번째 입자까지 모든 존재를 입증했다. 그러나 이들 입자가 어떻게 각기 다른 성질과 질량을 갖게 됐는지는 밝혀내지 못했다. 1960년대부터 ‘힉스’의 존재를 인정하고 이후 50년간 줄곧 실체를 확인하기 위해 애써 왔던 물리학계에서는 ‘17번째 입자=힉스’라고 규정했다. ●50년간 실체 확인 애써… 만물에 질량 부여 ‘신의 입자’? CMS와 ATLAS팀은 이날 새로운 입자의 존재 확률을 5.1시그마 이상이라고 설명했다. 확률상 99.99994% 이상으로, 300만번의 실험에서 한 번 정도 오류가 발생하는 수준을 일컫는다. CMS팀에 참여해 온 박인규 서울시립대 교수는 “과학적인 의미로 ‘가능성이 높다’가 아닌 ‘발견’이라고 단정지을 수 있는 단계”라고 말했다. 질량이 큰 힉스는 아주 짧은 시간만 존재하기 때문에 관찰이 불가능하다. 이 때문에 힉스가 붕괴하면서 생기는 특징들을 모아 힉스 여부를 확인할 수밖에 없다. 힉스로 입증되면 표준 모형은 완벽한 이론으로 인정받을 수 있다. 대신 초끈이론, 초대칭이론 등 표준 모형의 오류나 맹점을 지적해 온 이론들은 설 자리를 잃게 된다. CERN은 올가을쯤 논문 작성을 시작해 연말쯤 최종 결론을 발표할 계획이다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

지금까지 알려지지 않았던 17번째 입자를 찾기까지의 과정은 멀고 험난했다. 137억년 전으로 추정되는 우주대폭발(빅뱅) 직후를 재현해야 가능한 일이었기 때문이다. 이를 위해 유럽입자물리연구소(CERN·선)는 1992년부터 16년 동안 스위스와 프랑스 국경에 둘레 27㎞, 지름 8㎞에 이르는 거대강입자가속기(LHC)를 건설했다. 건설 비용만 50억 달러가 투입됐다. 신(神)의 입자, 창조의 천사로 불리는 힉스를 찾기 위해 과학자들은 LHC에서 반대 방향으로 양성자 다발을 쏜 뒤 서로 부딪치도록 하는 실험을 반복했다. 아주 작은 양성자가 정확하게 부딪치게 하는 작업은 흔히 야구장에서 두 명의 선수가 공을 던져 한가운데서 맞부딪치게 하는 것에 비유될 정도로 확률이 낮다. 그러나 과학자들은 양성자 다발을 만들어 끊임없이 가속시켰다. 현재 LHC에서는 1초에 4000만번의 양성자 다발 충돌이 일어나고 그중 10억번 정도가 양성자 충돌로 이어지고 있다. 비켜 나가는 것을 제외한 실제 충돌은 10만번, 이 가운데 검출기에 찍힐 정도로 강한 충돌은 1초에 100~150번에 불과하다. CERN 한국 대변인인 박인규 서울시립대 교수는 “힉스 검출에 활용되는 자료는 그나마 이 중 1장 정도나 건지면 다행”이라고 설명했다. ●현대물리학 새로운 갈림길에 서다 당초 CERN은 새 입자의 발견을 연말쯤에나 확신할 수 있을 것으로 기대했다. 하지만 지난 4월 LHC의 출력을 대폭 높여 재가동하면서 양성자 충돌이 급작스럽게 많아졌고 그 결과 연말까지 얻어질 것으로 예상했던 데이터양이 불과 3개월 만에 모였다. 이에 따라 힉스를 추적해 온 CMS와 ATLAS팀 모두 새로운 입자의 발견을 확신할 수 있었다. 새로운 입자의 발견은 현대물리학이 중대한 갈림길에 섰다는 의미다. 우선 연말쯤이면 이 입자가 힉스인지 아닌지에 대해 명확한 결론이 내려질 전망이다. 양성자 100배 이상의 질량을 갖는 힉스는 불안정하기 때문에 아주 잠깐 동안만 존재해 직접적인 관찰이나 검출은 불가능하다. 이 때문에 물리학자들은 힉스가 붕괴하면서 생기는 입자들의 비율을 이론적으로 예측해 놓았다. 새 입자를 더 많이 만들어서 그 결과로 나타나는 입자들의 통계를 살펴보면 힉스인지 아닌지 알 수 있다는 것이다. 박 교수는 “예를 들어 화성인을 찾고 있는데 현재는 외계인이라는 것이 확실한 존재를 발견한 수준”이라면서 “이 외계인이 화성인인지, 아니면 지금까지 몰랐던 전혀 새로운 외계인인지에 대한 검증 작업을 진행하고 있다.”고 비유를 들어 설명했다. 이어 “11월까지 실험하면 현재의 3배 정도 되는 데이터를 모을 수 있고 그 정도 데이터면 힉스인지를 판단하기에 충분하다.”고 덧붙였다. 발견한 입자가 힉스가 맞다면 표준 모형이 옳다는 것이 입증되고 이는 곧 현대물리학의 완성으로 귀결될 수밖에 없다. 우주 만물이 생성되고 소멸되거나 존재하는 이유를 물리학으로 완벽하게 설명할 수 있는 것이다. 대신 1950년대 이후 꾸준한 연구가 이뤄진 초끈이론, 초대칭이론 등을 주장해 온 이론물리학자들은 설 자리를 잃게 된다. 반면 힉스가 아닌 새로운 존재라면 문제는 훨씬 심각해진다. 표준 모형에서 예측되지 않은 새로운 입자가 있다는 것은 인류가 모르는 또 다른 힘과 원칙이 있다는 뜻이다. 물리학자들의 입장에서는 상대성이론이나 뉴턴의 법칙이 완벽하게 잘못됐다는 것만큼이나 충격적인 일이다. 일각에서는 이미 새로운 입자의 질량 125GeV(기가전자볼트)가 톱쿼크(178GeV)보다 낮다는 점 때문에 힉스가 아닐 가능성이 높다는 주장도 나오고 있다. ●학계, 이미 힉스 이후 준비 물리학계는 이미 LHC 이후를 준비하고 있다. 힉스의 존재가 입증되면 수십 대에 이르는 초거대 선형가속기를 건설해 힉스를 생산할 계획이다. 힉스를 대량으로 생산, 연구하면 물질의 구성이나 붕괴 과정을 면밀하게 파악할 수 있어서다. 창조라는 신의 영역에 한발 더 다가서는 셈이다. 선형가속기 유치전도 치열하다. CERN은 물론 미국, 일본, 독일 등이 관심을 보이고 있다. 선형가속기 건설에는 2조원 정도가 들지만 얻어지는 과학적 결과물은 충분히 그 이상의 가치가 있다는 평가를 받는다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

유럽입자물리연구소(CERN)가 힉스 입자로 추정되는 소립자를 확인했다는 소식이 전해진 4일 전 세계 물리학계가 “400년 만의 쾌거”라며 환호했다. 미국 미시간센터 소장인 이론물리학자 고든 케인은 “힉스 입자 확인은 아이작 뉴턴 이후 4세기 만에 이룬 과학과 인류의 경이로운 성공”이라고 평가했다. 영국 런던 임피리얼 칼리지의 물리학자인 마틴 아처는 “힉스 입자의 존재를 증명한 것은 현재 우리가 이해하는 우주의 원초적 본질에 대해 마지막 남은 부분을 찾아낸 것”이라며 “힉스 입자가 모든 것은 아니지만 우주에 대해 더욱 많은 것을 설명할 수 있다.”고 말했다. 힉스 입자는 ‘신의 입자’라고도 불린다. 그만큼 우주의 본질에 한걸음 더 다가설 수 있지만 포착하기가 어렵다는 의미를 함축하고 있다. 영국 서리대 이론물리학자인 짐 알할릴리는 “힉스 입자 발견은 ‘숫자 게임’”이라고 말한 대로 거대강입자가속기(LHC)에서의 500조번 이상의 실험과 힉스 입자 존재도 숫자로 이야기했다. 힉스 입자 존재를 규명함으로써 실생활은 어떻게 달라질까? 물리학자들은 응용 가능한 분야에 대한 언급을 피하고 있다. 인류가 힉스 입자를 통제할 수 있으면 응용 분야가 무궁무진하다는 긍정론과 실용적 용도를 의문시하는 회의론이 교차하고 있다. 특히 핵에 대한 연구가 핵의 평화적 이용과 핵무기 개발이라는 양날의 칼이 될 수 있다는 예가 있다. 힉스 입자 발견으로 인류는 우주 구성물질에 대한 새로운 통찰력을 갖게 되면서 새로운 에너지원에 접근할 수 있다는 기대를 하고 있다. 뉴욕시티 칼리지 물리학자 미치오 가쿠는 “새로운 에너지원을 갖게 될 것”이라고 말했다. 특히 빛의 속도에 버금가는 반물질 추진체를 만들어 영화 ‘스타 트렉’에서처럼 행성 간의 우주 여행이 가능해질 수도 있다는 꿈같은 이야기도 나오고 있다. 한편 힉스 입자를 발견했다는 소식에 인도는 씁쓸한 입맛을 다셔야 했다. 힉스 입자를 구상하는 데 기여한 인도의 물리학자 사티엔드라 나드 보스가 거의 주목받지 못했기 때문이다. 보통 힉스 입자로 불리는 ‘힉스 보손’이 보스의 이름을 딴 것이기도 하다는 사실을 아는 사람은 많지 않다고 월스트리트저널이 보도했다. 이기철기자 chuli@seoul.co.kr

　현대 물리학 ‘운명의 날’이 밝았다. 지난 반세기 동안 물리학자들이 추적해 온 ‘신의 입자’ 힉스의 존재 여부가 4일부터 11일까지(현지시간) 호주 멜버른에서 열리는 고에너지학회에서 발표되기 때문이다.<서울신문 6월 25일자 6면> 힉스 입자를 찾았다는 승리의 선언이 나올 것으로 전망된다. 현대물리학의 근간을 이루는 ‘표준모형’의 마지막 퍼즐이 드디어 맞춰지게 되는 것이다. 　유럽입자물리연구소(CERN)는 거대강입자가속기(LHC)에서 힉스 검출 실험을 진행해 온 ATLAS와 CMS팀이 학회 첫날인 4일 각각의 연구성과를 발표할 계획이라고 사전에 공지했다. 4일 오후에 힉스 존재 여부에 대한 최종적인 입장 표명이 예상된다. 　물리학계와 주요 외신들은 CERN이 힉스 입자 존재 가능성에 대해 ‘확실’ 또는 ‘거의 확실하다.’고 선언할 것으로 내다보고 있다. 네이처는 “CERN 핵심 관계자가 ‘우리는 의심의 여지가 없는 발견을 했다’고 말했다.”면서 “ATLAS와 CMS가 추산한 힉스 존재 가능성이 4.5~5시그마 정도로 알려지고 있다.”고 전했다. 5시그마는 힉스가 존재할 가능성이 99.99994%에 이른다는 뜻이며, 500만번에 한번 정도 오류가 발생하는 확률이다. 5시그마는 일반적으로 실험을 통한 과학적 발견이 공인받는 데 필요한 최소 요건으로, 이를 충족하면 곧 힉스가 있다는 의미로 풀이된다. 지난 2일 미국 페르미연구소가 지난해 가동을 멈춘 초대형 가속기 테바트론의 10년간 운영 데이터를 종합해 발표한 힉스 입자 존재 확률인 99.82%를 크게 뛰어넘는 쾌거다. 네이처는 “CERN의 ATLAS팀이 지난주 125Gev(기가전자볼트) 영역에서 힉스로 확실시되는 흔적을 찾아낸 것으로 보인다.”면서 “이는 힉스의 질량이 양성자의 125배 정도 된다는 뜻으로, 지난해 CERN이 발표한 115~127Gev 영역 내에 있으며, 힉스의 질량이 매우 클 것이라는 기존의 예측과도 일치한다.”고 설명했다. 　끊임없는 논란에 시달려온 CERN은 여전히 조심스러운 입장이다. CERN 대변인인 제임스 길리스는 “이번 학회에서 힉스와 관련된 내용이 발표되겠지만, LHC가 여전히 가동 중인 만큼 학문적인 차원의 최종 결론은 연말에나 가능할 것”이라고 AP통신에 밝혔다. 　CERN의 힉스 발견이 미국이 주도해 온 거대과학의 구도 재편으로 이어질 것이라는 주장도 제기된다. 과학·정보기술 전문 와이어드는 “미국이 10년 넘게 막대한 자금을 투입하고도 찾지 못한 힉스 존재 확인의 영예를 유럽이 수행하는 것은 미국의 자존심에 큰 상처를 내는 것”이라고 밝혔다. [용어설명] 힉스입자는 현대물리학은 ‘세상은 무엇으로 만들어졌을까.’라는 본질적인 질문에 1960년대부터 ‘표준모형’으로 답해 왔다. 모든 물질은 6쌍의 구성입자와 힘을 전달하는 4개의 매개입자로 구성돼 있다는 것이다. 이들 16개 입자는 이미 실험을 통해 검출됐지만, 각 입자의 성질과 질량이 어떻게 만들어졌는지는 규명되지 않았다. 1964년 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수는 “137억년 전으로 추정되는 ‘빅뱅’ 직후 이들 입자들에 질량과 성질을 부여한 또 다른 무거운 입자가 있었다.”는 가설을 제시했고, 고 이휘소 박사가 그의 이름을 따 ‘힉스’로 명명했다. ‘신의 입자’ ‘창조의 천사’라는 별칭으로도 불리는 힉스가 발견되면 최종적으로 표준모형은 17개의 입자로 완성되지만, 힉스가 없는 것으로 입증되면 물리학계는 새로운 이론을 찾아야 하는 과제를 떠안게 된다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

세상에 존재하는 모든 물질에 질량을 부여한 신의 입자 ‘힉스’를 찾기 위해 과학자들이 진행해 온 ‘사상 최대의 실험’이 막바지에 접어들었다. 다음 달 4일이면 현대 물리학의 근본을 이루는 ‘표준 모형’의 마지막 퍼즐에 대한 진실이 밝혀질 것으로 보인다. 만약 힉스가 존재하지 않는 것으로 확인되면 기존 물리학 이론은 전면 재검토돼야 한다. ●유럽입자물리연구소 “검출 실험결과 발표” 유럽입자물리연구소(CERN)에서 힉스 규명에 참여하고 있는 한 관계자는 24일 서울신문과의 전화통화에서 “거대 강입자가속기(LHC)에서 힉스 검출 실험을 진행하고 있는 ATLAS와 CMS팀이 최근 몇 달간의 실험에서 결과물을 얻어 낸 것으로 보인다.”면서 “다음 달 4일 스위스 제네바에서 열리는 세계 고에너지학회에서 관련 내용이 발표될 것”이라고 밝혔다. 현재 CERN은 관계자들에게 실험과 관련된 내용을 발설하지 말라는 ‘함구령’을 내린 상태다. 이 관계자는 “최근 OPERA팀이 진행한 ‘빛보다 빠른 중성미자’ 발표가 실험 오류로 밝혀지면서 CERN이 외부와의 의사소통에 민감하게 반응하고 있다.”고 덧붙였다. CERN도 22일(현지시간) 공식 발표를 통해 “다음 달 학회에서 힉스와 관련된 새로운 사실을 발표할 것”이라고 확인했다. 힉스는 137억년 전으로 추정되는 ‘빅뱅’ 발생 직후 모든 물질을 구성하는 6쌍의 구성 입자와 힘을 전달하는 4개 매개 입자들에 각각의 질량과 성질을 부여한 것으로 알려져 ‘신의 입자’, ‘창조의 천사’ 등으로 불린다. 1964년 피터 힉스 에든버러대 물리학과 교수가 존재를 처음 주장한 점에 착안, 고 이휘소 박사가 힉스로 이름 지었으며, 현대 물리학의 토대를 이루는 ‘표준모형’에서 유일하게 아직까지 발견되지 않고 있다. 과학자들은 2008년 50억 달러를 들여 스위스와 프랑스 국경에 LHC를 세워 힉스를 찾기 위한 실험을 진행해 왔다. ●존재 않을 땐 기존 물리학 이론 전면 재검토돼야 CERN은 지난해 12월 CMS와 ATLAS팀의 결과 발표를 통해 “힉스가 존재할 것으로 추정되는 에너지 영역 중 122~127GeV(기가전자볼트)를 제외한 모든 영역을 검토했으며, 마지막 영역에 힉스가 있을 가능성이 높다.”면서 “2012년 상반기 추가실험을 통해 힉스의 존재 유무를 결론 지을 수 있을 것”이라고 밝혔었다. CERN은 4월 초부터 LHC의 충돌에너지를 기존의 7TeV(테라전자볼트)에서 8Tev로 높여 실험을 진행해 왔다. 충돌에너지가 커지면 힉스 발생 가능성이 높아진다. 다음 달 고에너지학회에서 CERN은 이 에너지 구간에 힉스가 있는지에 대한 결론을 발표할 것으로 보인다. 이 구간에 힉스가 없다면 물리학자들의 모든 예상이 빗나가는 것으로, 물리학계는 기존 이론을 전면 재검토해야 한다. 뉴욕타임스, AFP통신 등 외신들도 CERN의 발표에 주목하고 있다. 로스앤젤레스타임스는 “이번이 사실상 힉스와 관련된 마지막 발표가 될 것”이라며 “지난 반세기 동안 가장 큰 물리학적 성과가 곧 공개될 것으로 보인다.”고 전했다. 반면 가디언은 “CERN은 마치 루머 공장과 같다.”면서 “정확한 결과물이 아니고 또 다른 가능성을 내놓을 경우 CERN은 철저히 외면받을 것”이라고 지적했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

‘현대 물리학의 진리’인 알베르트 아인슈타인의 특수상대성 원리에 도전했던 일단의 물리학자들이 있었다. 머릿속에서 모든 것을 풀어 갔던 아인슈타인의 시대에는 상상조차 할 수 없었던 고가의 최첨단 장비로 무장한 이들의 도전은 지난해 물리학계의 근간을 흔들었고, 성공의 9부 능선을 넘은 것처럼 보였다. 하지만 반란은 결국 실패로 돌아간 것으로 보인다. ‘빛보다 빠른 물질은 없다’는 교과서 문구를 바꿀 수 있었던 유럽입자물리연구소(CERN) 연구팀의 실험 결과는 결국 사소한 실수에서 빚어진 ‘오해’이자 ‘해프닝’으로 막을 내리고 있다. BBC 등 외신들은 CERN을 비롯한 전 세계 연구진으로 구성된 중성미자(뉴트리노) 추적팀 오페라(OPERA)가 지난해 발표했던 “중성미자가 빛보다 빠르다.”는 연구 결과를 오는 8일 일본 교토에서 열리는 뉴트리노·우주물리 국제학회에서 정식 철회할 것이라고 전했다. 중성미자는 현대 물리학에서 만물을 구성하는 물질을 나타내는 표준 모형에서 가벼운 입자에 속하는 물질로, 질량이 거의 없으며 일반 원자와 상호작용을 하지 않아 어느 곳에서나 진공 상태처럼 저항 없이 움직이는 것으로 알려져 있다. 오페라 연구팀은 스위스 제네바의 CERN에서 732㎞ 떨어진 이탈리아 그란사소까지 중성미자를 보내는 실험을 3년간 진행했으며, 중성미자가 빛보다 60나노초 빠르게 목적지에 도착한다는 연구 결과를 지난해 발표했다. 전 세계 물리학계와 언론은 충격에 빠졌다. ‘빛보다 빠른 물질은 없다’는 아인슈타인의 전제가 틀릴 경우 현대 물리학은 잘못된 가설 위에 세워져 있는 셈이 되기 때문이다. 당시 오페라 측은 논문을 공개하기에 앞서 모든 참여자들에게 자발적인 서명을 유도했다. 발표 이후의 파장을 고려한 조치였다. 실험 결과를 인정할 수 없다는 일부 연구진은 논문에서 빠졌다. 오페라의 발표는 화제를 모았지만 긍정보다는 비판이 압도적으로 많았다. 자신이 배워 온 물리학이 틀리지 않았다는 것을 입증하려는 전 세계 물리학자들이 필사적으로 실험의 오류를 찾기 위해 나섰다. 오페라 연구진은 실험 오류 가능성을 반박하기 위해 지난해 11월 다시 실험을 했으나 결과는 같았다. 물리학계는 이후 실험 장치의 설계가 잘못됐거나 기기상의 문제는 없었는지를 살피기 시작했다. 그리고 지난 2월 연구진은 장치 오류 가능성을 찾아냈다. 케이블과 검출기의 컴퓨터가 느슨하게 연결되면서 이동하는 중성미자의 위치와 시간을 재는 GPS 광신호가 수십 나노초 지연될 수 있다는 것이다. 이 경우 중성미자의 속도는 진짜 속도보다 느리게 측정돼야 한다. 반년여에 걸친 아인슈타인에 대한 의심이 풀리는 순간이었다. 물리학자들이 중성미자의 속도를 잰 것은 이번이 처음은 아니다. 미국 페르미연구소나 일본의 슈퍼카미오칸데에서도 중성미자의 속도를 측정하려는 시도가 있었고, 일부에서는 중성미자의 속도가 빛보다 빠른 것으로 나타나기도 했지만 최종적으로는 오차범위 내이거나 실험 오류로 판명됐다. 지난 3월 말 오페라 실험 대변인을 맡고 있던 안토니오 에레디타토 스위스 베른대 교수와 물리분과장 다리오 오티에로 프랑스 리옹대 교수가 사임했다. 실험에 대한 책임을 지기보다는 쏟아지는 물리학계의 비난에 대한 부담 때문으로 알려졌다. 5월 오페라 연구진은 실험장치 오류를 보완해 재실험을 실시했고, 그 결과는 기존 실험과 달랐다. 빛과 중성미자의 빠르기에서 명확한 차이를 발견하는 데 실패했다. 그렇다고 해서 오페라 연구진의 실험이 아무런 의미가 없었던 것은 아니다. 물리학 중에서도 ‘절대 진리’로 여겨졌던 이 분야는 반세기 넘게 학문적 발전이나 토론이 없는 ‘죽은 분야’였다. 감히 아인슈타인에게 도전한다는 것을 상상할 수 없었기 때문이다. 하지만 이번 실험 결과를 두고 전 세계에서 수백 건 이상의 논문이 발표되고, 활발한 토론회와 세미나가 이어졌다. 이런 도전들이 계속된다면 언제가 아인슈타인이 ‘현재를 지배하는 과학자’가 아닌 ‘과거의 과학자’가 되는 날이 올지도 모른다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr