힉스 : LHC 2011년 최종 결과 물리 이야기

이번주 오사카 대학교에서 열리고 있는 학회에 참석 중입니다. 어제는 20세기 최고 물리학자 중 한 분인 남부 요이치로 교수님의 발표와 '호소타니 기작'으로 유명하신 호소타니 교수님의 'Kanreki' (회갑) 기념 세션이 있었지만 역시 가장 큰 관심은 LHC에서 힉스에 대한 발표에 모아지고 있었습니다.

저녁 뱅큇이 끝나고 많은 참석자들이 오사카 대학 이론물리학 연구실에 위치한 7층으로 몰려들어 10시에 예정된 "올해 가장 중요한 발표" 인터넷 중계를 기다렸습니다. 10시 무렵 무척이나 불안한 중계 스트리밍에 불만이 터져나왔지만 그래도 힉스 발견 뉴스를 기다리는 모두들 흥분하고 있었지요. (..LHC는 인류가 가진 기술력의 총집합으로 잘 알려져 있고 더구나 world wide web(www)이 탄생한 곳 CERN에서의 중계가 이렇게 불안하다는 건 정말 어처구니 없어요..)

아무튼..

결과적으로 ATLAS도 CMS도 힉스로 생각할 수 있는 신호를 여러 채널 (γγ, bb, ττ, WW, and ZZ) 포착하긴 했습니다. 다만 그 '신호'가 진짜 신호인지 아니면 통계적 요동에 불과한지 판단하기 대단히 애매한 결과이기에 '어떤 결론도 내리기 힘들다'라는 실망스런 결론이 나왔습니다.

아래는 CMS에서 내놓은 결과로 여기서 우리가 배울 수 있는 가장 중요한 결론은 "힉스가 95% 신뢰도로 127-600 GeV 사이에는 없다"입니다 (128 – 525 GeV at 99% confidence level).




비슷한 결과를 ATLAS도 얻었습니다. 아래 도표 두개를 보시죠.



첫번째 도표로부터 힉스가 112.7 GeV to 115.5 GeV, 131 GeV to 237 GeV and 251 GeV to 453 GeV 에는 역시 95% 신뢰도로 존재하지 않는다는 주장을 뒷받침하고 있습니다.

두번째 도표는 ATLAS에서 강조하고 있는 '힉스->2포톤 시그널이 126 GeV에 2.3 시그마 신뢰도로 나타났다'는 주장을 뒷받침하는 도표입니다. 2.3 시그마는 최근 발견된 '초광속중성미자' 시그널이 3.6 시그마라는 것과 비교해 볼 필요가 있을텐데요, 한마디로 '너무 심각하게 받아들일 필요는 없다' 정도로 말할 수 있겠습니다.

다만 CMS도 ATLAS도 각각 124GeV, 126 GeV에서 비슷한 신호를 포착한 것은 사실이고 더구나 여러 채널에서 동시에 나타났다는 점에서 좀 더 신뢰도가 높다고 볼 수 있겠다는 개인적인 생각을 합니다. 두 실험 결과를 합쳤을 때 어떤 통계적 결론을 내릴 수 있을지 궁금합니다.

아무튼 'Happy Higgsmas'는 어제가 아니라 내년 여름 이후 언제쯤으로 물러났다는 소식을 전합니다.

**조금전 아침 내년 8TeV 런이 가동될 가능성이 대단히 높다는 발표를 들었습니다. 내년에 좀 더 흥미로운 발견의 뉴스가 나오길 기대합니다.


**참조:

ATLAS-CONF-2011-163 "Combination of Higgs Boson Searches with up to 4.9 fb-1 of pp Collisions Data Taken at a center-of-mass energy of 7 TeV with the ATLAS Experiment at the LHC"

CMS-PAS-HIG-11-032 "Combination of SM Higgs Searches"

Slides of CMS Higgs search by Guido Tonelli Dec. 13.


핑백

덧글

  • leestan 2011/12/14 10:26 #

    포스팅 기다렸습니다 :-)

    힉스...역시 까탈스러운 녀석이군요.. 좀 드러날때도 됬는데 말이죠.

    내년 여름은 어떻게 될껀지 벌써부터 궁금해집니다.
  • 커티군 2011/12/14 10:54 #

    포스팅 기다렸습니다 :-) (2)

    내년엔 즐거운 힉스마스가 됬으면 좋겠네요
  • 2011/12/14 10:54 # 비공개

    비공개 덧글입니다.
  • ExtraD 2011/12/14 10:59 #

    thanks!
  • hogh 2011/12/14 11:16 #

    오랜만의 포스팅이군요. 저는 레이저 실험에도 관심이 가네요
  • 아드소 2011/12/14 11:21 #

    설명 감사드립니다^^
  • 백구십 2011/12/14 13:02 #

    포스팅 기다렸습니다 :-) (3)

    애매합니다잉
  • ??? 2011/12/14 13:02 # 삭제

    질문이 있습니다!

    1) 힉스 입자가 질량이 0인 게이지 입자에 질량을 부여하여, 이것이 약한상호작용을 매게하는 입자인 W,Z 보존에 질량을 부여하는 입자인 것으로 알고 있는데여~, 이말은 힉스입자는 다른 3가지 게이지 입자(중력자, 광자, 글루온) 등과는 상호작용을 전혀 안한다는 의미인지여?

    2) 위 질문과 관련하여, 힉스입자가 가령 중력의 매개입자와 상호작용을 하지 않는다면, 힉스입자는 중력을 생성하지 않는 다는 의미가 되는지여? 위 실험에서, 힉스 입자가 어떤 에너지(가령 126GeV)를 갖는다면, 중력을 생성해야 하고, 따라서 중력자와 상호작용을 한다는 의미가 되는데,

    이런 해석에 의하면, 힉스입자가 4개의 게이지입자와 모두 상호작용을 하지만, 약한상호작용을 하는 매게입자에만 질량을 부여했다는 설명이 되는 건지여?

    3) 힉스 입자는 우주 초기에 질량을 부여할때에만 존재하는 것인지, 현재에도 우주 전체를 가득 체우고 있는 것인지여? 현재에도 질량을 가진 입자들이 항상 상호작용을 할 정도로 널려 있다면, 이것이 암흑물질의 후보가 될 수 있는 지여?
  • ExtraD 2011/12/14 21:50 #

    1)네. 직접적인 상호작용이 없습니다.
    2)질량은 관성의 크기를 말합니다. 중력은 에너지가 있으면 질량과 상관없이 발생합니다. 따라서 힉스 입자가 중력을 생성한다고 볼 아무런 연관성이 없습니다.
    3)현재 우리가 살고 있는 우주에서 힉스는 소위 진공기대치(vacuum expectaton value)를 갖고 있으며 이 값이 약한상호작용의 에너지 스케일을 결정합니다. 표준모형에서 힉스 입자와 상호작용하는 질량을 가진 입자 중 힉스보다 가벼운 입자로 힉스는 매우 빠르게 붕괴하기 때문에 암흑물질이 될 수 없습니다. (..표준모형과 다른 모형 중에는 힉스가 암흑물질의 역할을 하는 경우도 있습니다..)
  • 고무 2011/12/14 13:08 #

    >더구나 인터넷이 탄생한 곳 CERN에서의 중계가 이렇게 불안하다는 건
    글 주제와는 아무 상관없는 이야기이지만, CERN에서 탄생한 건 인터넷이 아니라 웹 아니던가요? ^^
    아무튼 기다리던 포스팅이 올라오니 감사할 따름입니다.
  • ExtraD 2011/12/14 21:51 #

    실질적인 의미에서 WWW와 인터넷을 구분하는 것은 대단히 어렵거나 그 의미가 크지 않으니까요.
  • jys34 2011/12/14 14:12 #

    결국 아직은 통계적 확신을 할 수 있는 단계는 아닌 거군요.
    그림자 정도를 보고 있다는 비유가 맞는 상황인 걸까요. 그래도 표적 자체가 좁혀지고 있는 느낌은 드는 데..
  • ㅁㅁㅁㅁ 2011/12/14 18:01 # 삭제

    힉스가 어느 범위에 없다는 것만 확실해 진건가요. 두더지잡기 같습니다.
  • RedPain 2011/12/14 19:57 #

    포스팅 기다렸습니다 :-) (4)

    아침부터 힉스 관련 뉴스가 나오면서 뜬구름 잡는 이야기만 해서 답답했는데 감사합니다. ^^
  • 긁적 2011/12/14 20:08 #

    포스팅 기다렸습니다 :-) (5)
    잘 보았습니다. 너무 기대할 필요도, 실망할 필요도 없겠네요 ^^
  • ExtraD 2011/12/14 21:52 #

    실망이라뇨. LHC가 매우 잘 돌아가고 있다는 매우 긍정적인 힌트로 봅니다.
  • 붉은입자 2011/12/15 05:58 # 삭제

    포스팅 기다렸습니다 :-)(6)

    힉스 입자... 잡힐 듯 안 잡히네요... 아쉽지만 뭔가 대단원의 막이 보이는 것 같아요.

    그건 그렇고, 방송이 안 좋았던 건 CERN 탓이 아니라오사카 대학교 설비 탓인 것 같습니다만...
  • snowall 2011/12/15 23:18 #

    표준모형의 마지막 수수께끼중 하나가 풀리는 날이 멀지 않았군요.

    그림이 예쁘군요.
  • daviddaniel 2011/12/17 04:30 #

    내년 여름 호주 멜버른에서 확인할 수 있겠죠?
    멜버른에 갈 이유가 하나 추가 되었네요.
  • 데지코 2011/12/19 01:14 #

    으음.....더 분석해야 하는거군요....
  • higgs 2011/12/23 01:31 # 삭제

    이탈리아에서는 한번도 안끊기고 잘 나왔어요 ㅎㅎㅎ
  • 2012/01/13 11:05 # 삭제 비공개

    비공개 덧글입니다.
  • ExtraD 2012/01/13 12:15 #

    www가 탄생한 곳이 CERN이고 이것이 실질적인 의미에서 인터넷의 탄생에 매우 가깝다고 생각합니다. 감사합니다.
  • ExtraD 2012/01/13 12:16 #

    오해를 없애기 위해 수정했습니다. 다시 한 번 감사합니다.
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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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