CERN의 Large Hardon Collider (LHC)에 대해서

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Summary of interactions between particles described by the Standard Model
Copied from Wikipedia

2008년 9월 9일에 스위스의 제네바에 있는 CERN 에서 Large Hardon Collider를 완성하고 첫 실험을 했습니다. 물론, 진짜 실험은 아니고, LHC가 잘 동작하는지 안하는지 보는 실험으로 한쪽만 Proton Beam을 쏘아서 잘 도는지 (0.999 빛의 속도로) 관찰 해 본 것입니다. 본격적인 실험은 2008년 10월 21일에 잡혀있습니다.

우선 CERN의 LHC를 이해하기 위해서는 Standard Model을 알아야 합니다. 이 Standard Model은 물질(Matter)을 구성하고 있는 공통분모를 설명해주는 모델입니다. 이 모델은 1967년에 Steven Weinberg, Abdus Salam and, Sheldon Glashow과 같은 물리학자들로 인해 제시가 되었고, Steven Weinberg는 1979년에 노벨 물리학상을 받았습니다. [1. Standard Model, Wikipedia] 결국에는 이 Standard Model은 우리를 구성하고 있는 물질에 대해서 설명할 수 있고, 특히 질량 (Mass)이 어떻게 해서 존재하는가를 설명해 줄 수 있는 이론입니다.

Standard Model 에서 모든 Particles (Leptons, Quarks, Photon, W, Z, Gluons)들이 발견되었지만, 오직 Higgs Boson만 발견 되지 못했습니다. 아직까지는 이론으로 존재하고 있죠. 이 Higgs Boson이 실제로 존재한다는 것이 밝혀지면, Standard Model을 증명하는 것이고, 그러면, 물질 (Matter)를 구성하고 있는 구성요소간의 관계를 앎과 동시에 그동안 밝히지 못했던 질량(Mass)에 대해서도 알 수 있는 것입니다.

저 CERN에서 LHC로 돌려 얻어내는 Particles 중에 이 중요한 Higgs Boson이라는 Particle을 뽑아 내는데 목적을 두고 있습니다.

물론 저 Higgs Boson을 얻어냈다고 해서 완전히 물질(Matter)에 대해서 이해 할 수 있는 것은 아닙니다. 왜냐하면, 저 Standard Model은 중력(Gravity)에 대해서 설명하지 못하고 있기 때문입니다. 즉, Quantum Field Theory의 근간의 Standard Model이 General Relativity와 연결하는 고리를 찾을 수가 없는 것입니다. General Relativity는 Albert Einstein에 의해서 1916년에 제시된 Gravity의 이론중의 하나인 Geometric Theory입니다. 이 Standard Model이 General Relativity와 연결을 할 수 없다는 치명적인 약점이 있는 것이죠. General Relativity는 현재 나와있는 중력(Gravity)를 설명해 줄 수 있는 가장 가까운 모델중의 하나입니다. 따라서 Standard Model과 General Reltativity를 동시에 설명할 수 없기 때문에 초창기 우주의 Model과 같은 이론적인 배경이 될 수 없는 것이죠.

BBC와의 Interview에서 Stephen Hawking은 Higgs Boson이 발견되지 않을 수도 있다고도 했습니다. 재미있게도 Stephen Hawking은 Higgs Boson이 발견되지 않는다에 100불을 걸었습니다. [2. BBC News: On the hunt for the Higgs boson] 만일 Higgs Boson이 발견되지 않는다면, Standard Model에 무언가 오류가 있는 것이 되겠지요.

그러나 Higgs Boson이 발견 되지 않던, 발견이 되던, LHC의 실험결과는 물리학, 특히 Quantum Physics와 우주에 대해서 알아가는데에 큰 결과를 선물 할 것입니다. 왜냐하면, 이 두개의 Proton Beam이 충돌(Collision)해서 생기는 에너지는 바로 Big Bang 이론에서 제시하고 있는 바로 그 직후와 상태가 비슷하기 때문일 것입니다.

물론 LHC로 돌려서 얻는 것은 Higgs Boson만 있는 것은 아닙니다. Antimatter중의 하나인 Antiquarks도 얻어 내려는LHCb라는 Detector도 LHC에 있습니다. 이것도 역시 Big Bang에서 나올 수 있는 물질중의 하나이지만, 아직까지 관찰된 것은 없고 이론으로만 존재했던 것입니다.

또 이 충돌로 생기는 아주 작고 작은 Black Hole이 생길수도 있는 가능성도 있습니다. 물론 생기자마자 증발해 버릴 것이라고 생각은 하지만, Black Hole을 구경할 수 있는 아주 좋은 기회가 되겠지요.

이렇듯, 이 LHC로 돌려서 얻는 것들이 많기에 $4.1 billion 을 들여서 만들만 하겠습니다. 아무튼 다음달에 있는 LHC 실험, 기대가 됩니다.

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