힉스 입자가 발견되면 좋은게 뭘까? 물리 이야기

LHC가 가동되고 꾸준히 언론에 오르내리면서 물리학과 기초과학에 대해 어느 때 보다도 큰 관심이 쏠리는 것을 목격하고 있습니다. 블랙홀의 생성이나 빅뱅의 재현, 초대칭 입자의 발견, 암흑 물질의 발견, 초끈 이론의 증거 포착 등등등 SF 보다 더 재미난 과학적 논의들에 전문가가 아닌 일반인들이 관심을 가진다는 자체가 매우 고무적인 일이라고 생각하기에 일단 저도 기분이 좋습니다.

그런데 LHC 가동의 제1의 목적은 '힉스 입자'라고 불리는 무겁고, 스핀이 없으며, 모든 알려진 기본입자들에 질량을 부여하는 역할을 하는 '이론적' 입자, 즉, 아직 그 존재에 대해 아무런 실험적 증거를 갖고 있지 못한 그 입자를 발견하는 것이라는 것을 다시 한 번 강조하고 싶습니다.

힉스 입자는 질량을 부여하는 역할을 함과 동시에 실은 '통일성 (unification)'에 지대한 역할을 하는 입자이기도 합니다. 뉴턴이 수학적 방법으로 물리학을 기술하기 시작한 후 물리학자들이 알아낸 가장 중요한 자연의 비밀중 하나가 바로 "겉보기에 전혀 상관없을 것 같은 물리 현상의 이면에 깊은 연관이 있고 결국 단순하고 통일된 방식으로 자연이 작동하고 있다"는 것인데요, 힉스 입자는 특히 전자기력과 약한 핵력(방사성 붕괴, 별이 빛나는 이유와 관련된 힘)이 태초에는 동일한 힘이다가 어느 순간 서로 다른 힘으로 분화하게 되는데 결정적인 역할을 했다고 물리학자들은 생각하고 있습니다. 그렇게 생각하면 힉스 입자를 발견하는 것은 철학적으로도 매우 깊은 의미가 있다고 볼 수 있겠군요.

힉스 입자는 지난 300여년 이상 인간이 자연을 이해하는 방식 - 보다 단순한 원리로 부터 많은 현상을 이해하고, 설명하고, 이용하는 그 방식-이 여전히 유효하며, 성공적이라는 것을 보여줄 매우 중요한 단서를 제공할 것으로 기대합니다. 비단 물리학자들의 호기심 충족이 아니라 인간의 사유 체제에 깊은 의미가 있다는 말씀을 드리고 싶어요.

그렇지만, 여전히 90억불 이상 들여 연구할 가치가 있는지, 특히 LHC의 성과로부터 우리네 삶이 어떤 직접적인 혜택을 받을 수 있는지 따져보고 싶은 분들이 계시리라 생각합니다. 아무리 흥미로워도 그리고 그 의미가 아무리 깊고 심오해도 우리가 밥을 먹고, 잠을 자고, 옷을 입는데 직접적인 혜택이 없다면 90억불이 낭비라는 느낌을 갖는 현실적인 분들 말입니다.

우선 90억불이라는 금액에 대해 한 번 생각해 보고 싶습니다. 우리돈으로 거의 9조원에 달하는 어마어마한 금액이군요. 그런데 바로 얼마전 외환 금리를 잡기 위해 투여된 (그리고 일주일후 감쪽같이 그 효과가 사라진) 정부 투여 자금 규모가 얼마인지 한 번 생각해 보시면 90억불의 의미가 조금 다르게 느껴지실지 모르겠습니다. 금액의 규모 비교를 위해 관련 기사 하나 [링크]합니다.

또 하나 볼까요?

미국은 이라크에서 여전히 그 의미를 찾기 힘든 전쟁을 오랫동안 지속해 오고 있는데요, 2007년 미국 정부가 대체 에너지 개발을 위해 투입한 금액과 이라크 전쟁에 1년간 사용한 정부 예산 규모를 비교하는 매우 흥미로운 도표가 있습니다. 출처는 [이곳]입니다. 이라크 전쟁 몇 주 쉬면 LHC가 하나씩 태어날 수 있었어요. 적어도 바보같은 전쟁보다 LHC가 훨씬 가치로운 일이라는데 많은 분들이 동의하시리라 생각합니다.



물론 90억불은 전혀 작은 돈이 아닙니다. 하지만 이미 인류가 가지고 있는 경제력과 이런 저런 일에 실제 쓰이고 있는 금액의 규모로 보건데 세계의 입자물리학자들 전체가 기획하고 참여하며 그 결과를 숨을 죽여 기다라고 있는 LHC에 투입된 자금 규모가 꼭 그렇게 크다고 볼 수는 없다는 말씀을 드리고 싶어요.

그런데 실제로 LHC는 이미 인류 기술력의 총체로서 그 역할을 해냈을 뿐 아니라, 앞으로 나올 물리학적 산물과 또 투입된 기술 개발로 인한 스프링 오프를 생각했을 때 노다지가 될 가능성이 농후하다는 것 또한 사실입니다. 한 예로 우리가 사용하고 있는 인터넷 월드-와이드-웹(www)이 바로 CERN에서 개발되었다는 것을 또 말씀 드리지 않아도 많이 알고 계시죠? www의 경제적 효용성을 얼마라고 봐야할까요?

저는 LHC가 탐구하게될 10^-17 cm (나노-나노 스케일 보다 좀 더 작습니다) 세계의 물리학적 지식이 언젠가 오늘날 나노 테크놀로지가 그러하듯 실제 우리 산업에 중요한 키워드가 될 날이 오리라 기대합니다. 나노 세계의 물리학을 20세기 초반 처음으로 인류가 이해하기 시작해서 100여년이 지난 지금 드디어 그 산물들이 나오기 시작하고 있잖아요? 전자기학에 대해 19세기에 들어와 이해하기 시작한 인류가 20세기 전기문명을 이루게 된 역사가 되풀이 되리라는 당연한 희망을 가져보자구요!


핑백

  • 餘分D: physics and fun : LHC 소식, 예술적인 영상 하나 더 2008-09-18 07:37:00 #

    ... 론 어느것이 발견되어도 물리학의 성과로 볼 수 있겠습니다만 'something never expected'가 나오면 이론 물리학자들은 더욱 환호할 거에요. ^^ 아무튼 기다려봅시다. 좋은 일이 생길거에요. 그리고 Lubos의 블로그를 통해 알게된 동영상 하나도 소개합니다. 이번엔 좀 더 이쁘게 만든 "지구가 블랙홀에 먹히는" 영상이에요. LHC를 좀 더 그럴듯하게 ... more

덧글

  • Frey 2008/09/16 17:34 #

    개인적으로는 기초과학에 대해 '이러니까 돈이 된다'고 설명하는게 참 부담스럽고 싫었습니다. '그것이 그곳에 있기 때문에' 공부하는 것이 과학자가 가져야 할 자세가 아닌가 싶어요. '이것이 이렇기 때문에 이득이 되므로' 연구하는 것은 과학자보다는 기업에서 해야 할 일이 아닐까요?

    결론은 제가 공부하고 싶은 것은 직접적으로 돈이 될 일은 없기 때문에 앞으로 갈 길이 가시밭길처럼 보인다는 겁니다만...orz
  • 한단인 2008/09/16 17:47 #

    음..과학과는 전혀 인연이 없는 사람으로서 되도않은 질문을 드리는 것이지만..

    혹 힉스입자는 통일장 이론과 관련있는 건가요?(통일장 이론이 뭔지 모르는 1인이..)
  • 세리자와 2008/09/16 17:52 #

    일반인들에게 설명할 때는 과학자의 자세같은 것도 좋겠지만, 전문적으로 연구하는 학자라면 자기 분야가 어떻게 돈을 벌어 먹고 사는지 알 필요가 있다고 생각합니다. 세부 분야 사이들도 조금씩 입장이 틀리고 서로 펀딩에 경쟁이 있는데 LHC같은 대규모 프로젝트는 더 그렇겠죠.
  • 제갈교 2008/09/16 17:52 #

    미국이 이라크 전쟁에 투입한 예산이 어마어마하네요. ;;; 합법적으로 사람을 죽이는데 저만한 돈을 투입하다니...

    일반적인 시민들로부터 위의 집행자들까지 기초과학 연구하는데 있어 많은 돈을 투입하는 것에 대해서 '아깝다'는 생각을 하지 않으면 좋겠어요. 정작 정말로 아까운 일(의정활동 안 하는 의원들에게 세금 준다던가...)에는 돈 쓰는 건 그만두고 말이죠.
  • 시퍼렁어 2008/09/16 19:03 #

    아... 그래프 너무너무 웃기네요..ㅋㅋㅋ

    이라크 전쟁문제는 아무래도 미국내에있는 여러 무기공장들이 업종변경을 하지 않는 이상 이라크만의 문제가 될수는 없겠죠?
  • 유시 2008/09/16 19:36 #

    음...역시 전쟁은 남는것 없는 적자장사군요.
    남는건 무기상들의 돈뿐...
    그야말로 완벽한 낭비군요.(그렇다고 전쟁해서 기술이 획기적으로 발달한 1~2차 세계대전을 비하하는 것은 아닙니다. 그둘과 이라크는 경우가 다르죠.)
    뭐 전쟁 그 차체가 나쁜건 아닙니다.
    미국이 나쁜 때려죽일 세계의 깡패인거죠.
    한쪽이 압도적으로 밀어붙이면...
    그건 전쟁이 아니라 학살인데...
    밟으니까 지렁이도 꿈틀거린다고....
    테러도 그러한 차원이죠.(좀 말이 안되는 거지만 대충 그렇다고 볼 수 있다는 이야기...물론 무차별적 공격이 용납되서는 안되죠 ^^)

    미국하고 치고 받을 만큼 큰 곳과 미국이 싸운다면 기술의 발전 차원에서도 충분히 값어치 있는 전쟁입니다만.

    요즘의 전쟁이란...
    거의 값어치 없는 물자낭비 이상은 못되는군요.
    들어가는 돈에 비해서 발전에 대한 기여가 너무 없어요.
    제자리 걸음인 과학에나 차라리 투자하는게 남는 장사죠.(물론 전쟁은 무기상들에게 굉장히 남는 장사죠.)

  • 아즈다 2011/12/17 13:19 # 삭제

    그렇다고 옛날의 전쟁을 지지하는 것은 좀 아니죠. 세계대전에서 과학이 급속도로 발달했다고 전쟁을 긍정하는 것은 문제가 많은행동이라고 생각합니다.
  • 지나가다 2012/10/01 09:19 # 삭제

    전쟁 자체가 값어치가 있다는 건 말이 안되죠.
    전쟁으로 인해서 과학의 여러가치 중에, 가시적인 한가지 가치를 발견하게 되었고 투자가 많았다 뿐이지,
    이제는 과학연구에 투자를 소홀히 할수 없는 시대가 도래했기 때문에,
    그 지옥같은 역사를 반복해서도 안되겠지만, 할 필요도 없습니다.

    결론적으로
    전쟁은 어떤 근거로도 용납이 불가능한 가치입니다.
    과학을 발전시키기위해? 돈을 벌기위해? 국가의 번영을 위해?
  • 유시 2012/10/26 16:13 #

    전쟁을 장려하자는 취지는 아니지만.
    세상에는 절대로 나쁘기만 한 것 따윈 없습니다.
    전쟁은 되도록 하지 않는게 좋지만.
    인간사에 전쟁이 없어지는때는 인류가 멸망한 이후 일뿐입니다.
    꿈같은 소리는 하지 마시길.
    전쟁을 안하는 인류란 죽은 인류 뿐입니다.
    전쟁의 형태가 달라졌다고 전쟁이라는 것이 사라지지 않죠.
    인간은 근본적으로 사악하고 교활하고 나쁨을 포함한 존재입죠.
    그러니 전쟁은 사라질 수 없는 절대적으로 필요한 존재이고.
    다만 최소화 해서 피해자를 줄일 수 있는 선택기가 존재할 뿐입니다.

    그런 고로 무조건 나쁘다 할 수 있는 것이지.
    무조껀 나쁜 것 은 아닙니다.

    마지막으로 언제나 과학자는 그리 부자도 권력자도 아녓죠.
    기술자는 항상 최상위 계층은 아니었습니다.(최하위는 더더욱 아니지만.)
  • 이지스 2008/09/16 20:32 #

    서두에 제기하신 의문과 동일한 의문을 갖고 있었는데 궁금증 해결에 많은 도움이 되는군요. 감사합니다.
  • Nara 2008/09/16 21:04 #

    이론물리의 유용성에 대해 첨언하자면 우리가 흔히 쓰는 자동차 네비게이터도 상대성 이론의 도움 없이는 동작하지 않습니다. ^^
  • tanato 2008/09/16 23:33 #

    이번 실험이 지금까지 쌓아온 이론들이 제대로 됐는지의 실험이니까 만약 실패하거나 성공해도 발견이 안된다면 그 이후의 파장이 어떨지 궁금하네요(...)
  • 2008/09/16 23:48 # 비공개

    비공개 덧글입니다.
  • 쿨짹 2008/09/17 01:09 #

    그래프.. 재미있지만 많이 슬프군요. 그래도 ㅡㅡ 좀 돈 아깝다는 생각 들어요.
    ㅎㅎ
    저도 전공이 전공이다보니..

    저정도 돈이면 몇몇 대중교통이 제대로 발달 되지 않은 대 도시에 투자하면 장기적으로 GHG를 줄일 수 있는 그런 대중교통시스템을 발달 시킬 수 있을 거 같거든요. :)
  • STGen 2008/09/17 16:57 #

    힉스입자가 발견되면, 정말 힉스 교수의 선각자 적인 능력에 경의를 표해야할 거 같네요. 사실, 조금 더 흥미로운 건 발견되지 않았을 때 입자물리학이 나갈 시나리오가 무엇일까에 관해서네요 ㅋㅋ 힉스 메커니즘이나 SUSY SM 보면.. 가끔씩 더 큰 무언가를 놓치고 있다는 생각이 들어서..
  • 디버시티 2008/09/18 15:52 #

    힉스 입자에 대해 여쭤 보고 싶은 게 있습니다. 엊그제 "Big Bang Machine" 이라는 BBC 다큐멘터리를 봤는데요, 힉스 입자는 우주 초기에 만들어졌다가 바로 사라졌다는 내용이 나오더라구요. 이게 맞는 내용인가요? 맞다면, 제가 잘 이해가 안 가는 것이, 지금 우주에 힉스 입자가 없다면 힉스장도 없는 것이고 그렇다면 입자들이 질량을 가질 수 없는 것 아닌가 해서요.
  • ExtraD 2008/09/18 21:10 #

    쉽게 생각해서 힉스 장이 우주 전체에 깔려있고 (그래서 입자들이 질량을 획득하고), 힉스 장이 양자역학적으로 여기(excited)되어 힉스 입자를 생성한다고 보시면 되겠습니다.

    초기 우주에는 힉스장을 여기 시키기 위한 에너지가 충분하기 때문에 힉스 입자들이 많이 돌아다녔지만, 우주 팽창과 함께 온도가 내려가면서 더 이상 충분한 에너지가 없고 따라서 입자 가속기 등을 이용하여 인공적으로 높은 에너지 상태를 만들어 주어야 힉스 입자가 생성되는 것입니다.
  • 디버시티 2008/09/19 10:38 #

    친절한 답변 감사드립니다.
  • adencial 2009/05/21 20:14 # 삭제

    ㅋㅋ 이렇게 맨날 와서 보면서 아직도 링크에 안걸어 둔게 더 신기하기도 한데 ㅎㅎ
    뭔가 재밌는 사실 알려드릴게요 ㅎㅎ
    절대 여기는 잊지 않겠다는 자신감인지도 모르겠어요 ;;;
    오늘부로 홈피에 링크로 등록하려구요 ㅎ

    구글에서 힉스입자 치면 이 블로그가 블로그 일위로 떠용 ㅎㅎ
    ㅋㅋㅋ 음 좋아하시려나~ ?
  • 힉스 입자 2011/04/25 11:35 # 삭제

    미국이 바보즐압니까 쓸데없이 전쟁을 하게 이라크전쟁은 꼭해야될 미국으로선 아주아주 중요한 전쟁이었기 때문에 피같은 국민의 세금을 날려버리며 엉터리핑계(대량살상무기제거)까지만들어 한것입니다
    기축통화 달러의지위에 대해 도전하는짓거리를 박살내기위해 일으킨 전쟁이지요 달러가 기축통화 지위를 상실했을때 미국이라는 대제국이 망하는것은 시간문제 이지요 아주 급속도로 멸망해버릴 겁니다
    달러를 축으로 지구는 자전한다는 말과같이 기축통화인 달러에서 미국이 세계를 지배하는 모든힘이 나오는건데 그것을 후세인이 훼손(원유대금 유로 로만 결재)을 시도했으니 미국으로선 이런쳐죽일넘이 있겠읍니까 그러니 후세인 체포후 최단시간 내에 처형 해버렸잔읍니까 미국이 멸망할수도 있는 단초가 생기는데 미국이 가만 있겠읍니까 어느 누가 대통령이어도 이라크 전쟁은 꼭 일으킬수 밖에 없었죠
  • 시스템 2011/12/14 19:00 # 삭제

    본문의 키워드와 니 덧글의 키워드의 연관성을 찾아봐라
    연관성이 없다면 그건 니가 수능 언어영역을 떡쳣다는 증거다 난독증새끼야
  • GHG 2011/06/13 01:37 # 삭제

    그러면 힉스 입자로 인해 중력이 생성 되느건가?
    그럼 자동차에서 힉스 입자를 제거하면 지구의 중력에서 벗어나 공중부양이 될수있남?
    아직발견되지않은 반중력물질이 반힉스 라고 할수도 있는지 모르겠넹?
  • 본고라스 2011/10/28 19:20 # 삭제

    전 지금 미치오 가쿠의 '초공간'이란 책을 읽고있는데요.
    그런데 만약 이 모든 게 발견되고 통일장이론이 다 발견되면 그다음엔 물리학자는 무엇을 탐구하고 연구하나요? 10차원에선 모든 힘이 다 통합됩니까?
  • 날치 2012/07/05 21:44 # 삭제

    드디어 발견 되었군요
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Physics

\begin{eqnarray} \hbar c =197.3 \text{MeV fm}\\ (\hbar c)^2=0.389 \rm{GeV}^2 \rm{mb}\\ 1.0{\rm pb}=\frac{2.568\times 10^{-3}}{\rm TeV^2}\\ =10^{-40} {\rm m}^2 \end{eqnarray}

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