'W입자' 질량값에 흔들리는 우주 구성물질 표준모형

'W입자' 질량값에 흔들리는 우주 구성물질 표준모형
페르미랩 측정치, 표준모형 제시한 값보다 커…확증되면 "새 물리학" 필요



(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 자연계에 작용하는 네 가지 힘 중 방사능의 원인인 '약력'(weak interaction)의 전달에 관여하는 W입자의 질량이 입자물리학의 표준모형 이론이 제시해온 값보다 큰 것으로 발표됐다.
이는 우주를 구성하는 기본 물질과 법칙을 설명해온 표준모형의 토대를 흔드는 것으로 지금까지 알려지지 않은 제5의 힘이나 새로운 입자의 발견으로 이어질 수도 있는 결과로 지적됐다.
미국 에너지부 '페르미 국립 가속기 연구소'와 외신 등에 따르면 '페르미랩 입자충돌 검출기'(CDF) 협력단은 표준모형 이론이 제시한 값과 차이가 나는 W입자의 질량을 측정한 결과를 과학 저널 '사이언스'(Science)에 발표했다.
표준모형 이론은 W입자 질량이 양성자의 약 80배로, 80,000 MeV(메가전자볼트)로 제시하고 있다.
하지만 세계 23개국 54개 기관의 과학자 400여명이 참여한 CDF 협력단은 10년 넘게 페르미랩의 '테바트론 입자가속기'를 통해 확보한 420만 개의 W입자 후보를 분석한 끝에 평균 질량값으로 80,433 ±9 MeV를 얻었다.



이는 표준모형 이론이 제시한 것과 큰 차이가 없어 보이지만 아(亞)원자의 측정 오차로는 설명될 수 없는 것으로 받아들여지고 있다.
CDF 협력단은 W입자 질량값의 정밀도가 이전에 가장 정밀하게 측정한 것보다 두 배나 더 정확하다고 설명했다.
CDF 협력단 대변인인 텍사스 A&M 대학의 입자물리학자 데이비드 투백 교수는 BBC뉴스와의 회견에서 이번 결과를 '충격적'이라고 표현하면서 "다른 실험을 통해 결과가 입증된다면 세계가 다르게 보일 것"이라고 했다. 그러면서 "댐을 무너뜨리는 것이 될 수도 있다는 바람을 갖고있다"고 했다.
입자물리학의 표준모형 이론은 지난 50년간 아(亞)원자 세계를 설명해 왔지만 우주의 암흑물질이나 암흑에너지 등은 제대로 설명하지 못해 개선이 필요한 것으로 지적돼 왔다.
'임페리얼 칼리지 런던'의 미테시 파텔 박사는 CDF 결과가 정확한 것으로 확인된다면 알베르트 아인슈타인의 상대성이론 이후 우주에 관한 이해를 크게 바꿔놓는 많은 새로운 결과들의 첫 주자가 될 수 있다고 했다.
CDF 결과가 네 배나 많은 자료를 활용해 역대 가장 정확히 측정한 값으로 제시됐지만 이전까지 가장 정확했고 표준모형 이론과 부합하는 두 개의 결과와는 차이를 보여 신중한 시선도 있다.
이에 따라 최근 3년간의 개선 작업을 마무리하고 재가동 준비중인 유럽입자물리학연구소(CERN)의 '강입자충돌기'(LHC)를 통해 입증될 수 있을지 주목받고 있다. 테바트론 입자가속기는 LHC가 등장하기 전까지 최강 입자가속기 지위를 유지하다 2011년 퇴역했으며 이번 연구는 이전에 이뤄진 충돌실험 자료를 토대로 했다.
투백 교수도 이제 후속 연구는 이론물리학계와 다른 실험의 몫이라면서 "이론과 실제 실험값의 차이가 새로운 입자나 아원자간 상호작용에서 기인한 것이라면 앞으로의 실험에서 발견될 수 있는 확률이 높다"고 했다.
eomns@yna.co.kr
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