1펨토미터 초미시세계에서의 입자간 상호작용 실마리
한국연구재단(이사장 노정혜)은 ALICE 국제공동연구팀(한국팀 대표 : 인하대 윤진희 교수)이 강한 핵력이 작용하는 초미시 세계에서 입자간의 강한 상호작용(강력)에 대한 새로운 성과를 얻었다고 밝혔다.
CERN(유럽핵입자물리연구소)의 거대강입자가속기(LHC)를 이용한 국제공동프로젝트 중 하나인 ALICE에는 39개 국가의 1900여명이 참여하는데 한국에서도 8개 기관 40명이 참여하고 있다.
빅뱅이 있고 100만 분의 1초 후 형성되었을 원시우주를 재현하고 관찰, 우주초기물질의 생성과정과 상호작용을 밝혀 우주의 진화 과정을 예측하는 것을 목표로 한다.
LHC에서는 빛의 속도로 가속된 입자들을 충돌시켜 많은 입자들을 생성해 내고 있으며, ALICE 실험팀은 이 입자들을 분석해서 초미시세계의 작은 기본입자(쿼크, 글루온 등)간 상호작용을 실험적으로 확인하고 있다.
쿼크와 글루온 사이에 작용해서 강입자를 만드는 강력은 강입자 사이에도 작용해서 원자핵을 만든다. 그런데 기본입자간 강력으로부터 강입자간 강력을 이해하는 것 (제1원리)은 아직은 핵물리학의 풀지 못한 숙제이다.
ALICE 연구팀은 최근 양성자간 충돌에서 생성된 강입자간 운동량 차이를 측정하고 모든 강입자 사이의 강상호작용의 상관관계를 밝혀냈다.
이 연구가 가능했던 것은 거대강입자가속기에서는 희귀한 종류의 강입자가 많이 생성되고 이 입자를 식별하고 운동량을 측정하는 검출기의 뛰어난 성능이 뒷받침된 결과이다.
특히 이번 연구를 통해 강력이 작용하는 영역인 1펨토미터(10-15 미터) 정도의 초미시세계를 탐사할 수 있는 펨토스코피 기술이 완성됐다.
양자역학적으로 아주 작은 영역을 측정하기 위해서는 상대적으로 높은 운동량이 필요한데, 이번 연구를 통해 거대강입자충돌기에서 발생하는 희귀한 강입자들을 아주 높은 운동량까지 측정함으로써 이제까지 관찰할 수 없었던 펨토미터 영역을 탐사하는 길이 열리게 된 것으로 이에 따라 강상호작용의 단거리 특성을 조사할 수 있었다.
한편 ALICE 국제공동연구팀의 이번 연구결과는 국제학술지‘네이처(Nature)’ 2020년 12월 9일 자에 게재됐다.
