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책소개

'가장 화려하면서도 중요한 과적 이슈 '힉스 입자'
힉스의 등장부터 올바른 정의, 우리 삶과 나아가 우주에 미치는 파급력은 어디까지일까?

물리학자들이 오래도록 찾아 헤매던 일명 ‘신의 입자’가 드디어 발견된 걸까? 2012년 7월 4일, 유럽입자물리연구소(CERN)는 “오랫동안 찾던 힉스 입자와 일치하는(consistent with) 입자를 관측(observe)했다”고 공식 발표했다. 힉스 입자를 찾았다는 말은 직접 쓰지 않았지만, 사실상 기정사실로 하는 듯 들뜬 분위기였다. 또 2013년 3월 14일 국내외 언론에서는 “CERN이 힉스 입자를 발견했다”고 보도했다. 신의 입자라고 불리는 힉스 입자는 무엇인가? 힉스 입자를 찾긴 찾은 걸까? 어디에서도 속 시원하게 알 수 없던 질문에 대한 제대로 된 답이 궁금하다면 꼭 한 번 읽어 볼 것! “힉스 입자가 만물에 질량을 준다”는 식으로 언론에 잘못 알려진 사실도 제대로 짚어 준다.'
'2012년 7월 한때 언론은 “유럽입자물리연구소가 거대강입자가속기에서 힉스 입자를 발견했다”는 뉴스로 넘쳐났다. 도대체 힉스 입자가 뭐기에 이렇게 세상이 떠들썩했던 걸까. 신문이나 방송에는 “힉스 입자가 다른 모든 입자들의 질량을 준다”고 말하기도 했는데, 이 말은 또 무슨 뜻일까. 무엇보다 이 입자를 발견한다는 건 왜, 얼마나 중요한 걸까.
먼저 중요한 오해를 하나 해결하고 넘어가자. 어쩌면 이 글에서 가장 중요한 지적이다. 언론에는 “힉스 입자가 다른 입자에 질량을 준다”는 말이 많이 나왔다. 심지어 입자물리학자들도 이렇게 말한다. 하지만 엄밀하게 말하면 틀린 말이다. 다른 입자들에게 질량을 주는 현상은 ‘힉스 메커니즘’이다. 이는 힉스 입자와는 분리해 사용해야 하는 용어다. 힉스라는 사람 이름(피터 힉스)이 공통으로 들어가 있기 때문에 혼동하고 있을 뿐이다. 차차 자세하게 얘기하겠지만 힉스는 모든 입자에 질량을 주는 과정(힉스 메커니즘)에서 함께 생겨나는 입자다.
그러면 우선 힉스 메커니즘에 대해 알아보자. 지난 2세기 동안 원자, 원자핵, 전자, 핵반응 등 입자물리 연구결과를 빠짐없이 잘 설명하고 있는 ‘표준모형’이라는 이론이 있다. 이 모형은 글래쇼, 살람, 와인버그가 완성해 1979년 노벨상을 수상했다. 이 이론의 기본적인 틀은 ‘게이지 대칭성’이라는 성질이다.
이 성질을 쉽게 설명하면 우주에 존재하는 힘이 사실은 입자를 주고받으며 생긴다는 것이다. 즉 전자기적인 상호작용(전자기력)은 광자라는 입자를 교환하며 발생하는 것이고, 약한 상호작용은 W입자와 Z입자를, 강한 상호작용은 글루온이라고 부르는 입자를 교환하며 생긴다. 여기서 광자, W입자, Z입자, 글루온이 다 게이지 입자다. 힘이 입자라니 당혹스러울 수도 있겠지만 대부분의 입자물리학자들이 사실로 받아들이고 있다.
그런데 문제가 있다. 게이지 대칭성이 있으면 전자나 쿼크, W입자, Z입자 등 모든 입자들이 질량을 가질 수 없다는 점이다. 하지만 실제로는 광자와 글루온을 제외하면 모든 입자가 질량을 가지고 있다. 도대체 어떻게 이런 모순을 해결할 수 있을까.'

저자소개

과학동아 디지털 편집부는 지난 36여 년간 대한민국 대표 과학 미디어로 인정받아 온 월간 《과학동아》의 기사를 엄선하여 디지털 환경에 맞게 편집, 제작함으로써 많은 사람들이 재미있는 과학을 일상에서 좀 더 가깝게 만날 수 있도록 노력하고 있습니다.

목차

INTRO. 그들은 왜 '힉스 발견'을 다시 발표했을까
PART 1. 힉스 입자, 등장에서 관측까지
BRIDGE. 기네스 기록 도전하는 LHC
PART 2. 힉스 입자가 질량을 준다고?
PART 3. 신의 입자는 아직도 많다
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