입자물리학자가 본 2012년 물리학 발견 하이라이트 물리 이야기

열심히도 달려온 2012년을 뒤로하고 지구는 2013년의 공전을 시작했습니다. 물론 태양계의 8중(9중?) 나선 운동을 생각해보면 지구의 1월1일은 참으로 별 의미없는 날이지만, 계절에 적응해서 살고 있는 인류에겐 중요한 날입니다.



2012년 인류는 우주의 어떤 새로운 모습을 배웠을까요? (Jester와 비교해 보시는 것도 재밌을 것 같아요.)


  • 유럽의 힉스 입자 발견 (LHC: CMS & ATLAS): 2012년 7월4일 CERN에서 125GeV의 질량을 가진 보존(boson)입자가 두개의 포톤 혹은 4개의 랩톤으로 붕괴하는 증거를 발견 (5 sigma) 하였다고 발표했습니다. 이후 더 많은 데이터가 쌓여서 두개의 tau 입자로의 붕괴, W-입자쌍으로의 붕괴 (한쪽은 virtual)도 발견되었습니다. 이는 모두 표준모형이 예측했던 힉스입자의 그것과 정확히 일치합니다. 하지만 최근 ATLAS에서 포톤으로 붕괴하는 채널에서 측정해낸 질량이 126GeV 근처, 4개의 랩톤으로 붕괴하는 채널에서 측정해낸 질량이 123GeV 근처라는 흥미로운 보고가 있었고 (힉스가 두개?), 두개의 포톤으로 가는 확률이 표준모형의 그것과 비교해 대략 1.5배 이상 크다는 초기 결과가 이어지고 있어 이후의 실험 업데이트가 기대되는 상황입니다. CERN은 위치는 유럽에 있지만 실상 한국팀을 비롯한 전세계의 물리학자들이 함께 일하고 있으니, 힉스 입자의 발견을 굳이 유럽의 발견으로 볼 수는 없다는 개인적인 생각을 보탭니다. LHC는 2013년 3월에 8TeV 데이터가 전격적으로 업데이트되고 이후 2년 정도 긴 휴식에 들어갑니다.

  • 동양 3국의 중성미자 섞임 각도의 완전한 측정 (Daya bay, RENO, T2K): 중국(Daya Bay)와 한국 (RENO) 그리고 일본(T2K)는 소위 theta-1-3이라 불리는 중성미자의 섞임 각도를 측정했습니다. (보고있나 미국! 유럽!) 이 각도는 중성미자 섞임 각도중 유일하게 측정되지 못했던 것으로 이전 이론학자들은 이 각도가 0이 아닐까 예상을 하기도 했었지만, 물론 틀렸죠. 중성미자의 맛깔이 3종류라고 할 때 3개의 섞임 각도가 모두 0이 아님이 밝혀짐에 따라서, 마치 쿼크의 섞임 각도에서도 나타난 것 처럼 CP-대칭성의 붕괴가 랩톤 섹터에도 있을 가능성이 매우 커졌고, 이를 밝혀내는 것이 다음번 '노벨상 예약 실험'이 되지 않을까 생각해봅니다.

  • 독일이 발견한 미국의 은하 중심에서 날아온 130GeV 포톤선 측정 (Weniger, Fermi-LAT): 이제 갓 박사학위를 딴 막스 플랑크 연구소의 베니거 (C. Weniger)라는 친구가 Fermi-LAT의 측정 데이터를 분석하다가 발견한 흥미로운 130GeV 라인이 이후 Fermi팀에 의해 확증되면서 (center value는 135 GeV로 살짝 옮겨감) 큰 흥미를 끌고 있는 상황입니다. 특히 이 포톤 신호가 은하중심에 모여있는 암흑물질의 쌍소멸 혹은 붕괴의 시그널일 가능성이 있는 만큼 이론학자들의 이목을 끌고 있습니다. 만약 시그널이 암흑물질의 신호로 판명되기까지는 더 기다려야겠지만, LHC에서 특별한 WIMP 타입의 입자가 발견되지 않은 상황에서 Decaying Dark Matter에 대해 더 신중하게 고려할 필요가 있다는 생각을 해봅니다.

  • 유럽의 암흑에너지 재발견과 암흑빛(Dark Radiation)의 죽음 (WMAP 9): 우주배경복사의 정밀한 측정을 통해 우리우주의 가장 오래된 모습을 보여주는 WMAP 실험의 마지막 결과(WMAP 9-years-data)가 최근 발표되었습니다. (arXiv:1212.5225, 1212.5226) WMAP7과 비교해서 정밀도가 높아진 새로운 결과는 '정밀 우주론 시대'의 새로운 우주론 연구 방향을 보여주고 있습니다. 알려진 가장 정확한 우주의 '데이터'는 여기서 보실 수 있습니다.
    LAMBDA-WMAP

    특히 일부 인플레이션 우주모형을 실험 결과를 토대로 disfavor 시킬 수 있게 되었고,



    WMAP7에서 제시하였던 빛과 중성미자를 제외한 제3의 빛 혹은 암흑빛(dark radiation)의 존재가 통계적 오류에 기인한 것이라는 강력한 증거를 WMAP9이 제시하였다는 것도 매우 기쁜(?) 일입니다. 다음 세대 우주론은 조만간 결과를 발표할 Planck와 함께!



저는 개인적으로 2012년 새로운 연구실을 꾸며 새로운 동료와 일하게 되어 바쁜 나날을 보냈습니다. 새해에는 어떤 즐거운 일들이 기다리고 있을까요?

덧글

  • 초록불 2013/01/01 09:26 #

    새해 복 많이 받으세요.
  • ExtraD 2013/01/01 11:05 #

    새해 복 많이 받으세요.
  • 바죠 2013/01/01 09:57 #

    2013년 새해에도 늘 건강하시고 알차게 보내시길 기원합니다.
  • ExtraD 2013/01/01 11:05 #

    2013년 즐거운 한해 되세요~.
  • 유령회원 2013/01/01 10:00 #

    ㅁ...뭐가 뭔지 모르겠다
  • 가이어스 2013/01/01 10:17 #

    새해 복 많이 받으세요!
    근데 힉스입자에 대해서는 7월발표에서 힉스입자로 추정되는 boson을 발견했다 이외에는 스핀같은 성질도 아직 잘 모르는 상황이었던걸로 기억하는데 확실히 힉스라고(최소한 spin=0이라던가) 판명이 난건가요?
  • ExtraD 2013/01/01 10:28 #

    본문에서 언급이 되어있지만, 현재 추가로 다양한 채널(특히 2W, 2tau 등) 에서 힉스붕괴 패턴과 거의 동일하다는 것이 추가로 확인되었고, spin-0와 95% CL 에서 일치함도 알려졌습니다.
  • 비로그인 2013/01/01 10:46 # 삭제

    입자물리만 물리학인가요?
    “물리학” 뉴스라기엔 상당히 편향적이네요.
  • ExtraD 2013/01/01 10:58 #

    다른 중요한 발견에 대해 정보를 공유해주시면 감사하겠습니다.
  • 지나가다 2013/01/01 12:46 # 삭제

    제목에서 물리학을 입자물리학이라 바꾸셔야하는 것 아닐런지요.
  • ExtraD 2013/01/01 13:28 #

    감사합니다. 혹시 다른 공유할만한 정보가 있으시면 알려주세요.
  • zzzz 2013/01/01 10:59 # 삭제

    여분의 차원은 버림받은 것인가.....휴지통에 버린건가...힉스는 아직 미확정상태...암흑물질은 없을 것 같고...암흑에너지도 없을것 같고...........
  • ExtraD 2013/01/01 11:03 #

    여분의 차원과 초대칭 등 Beyond the Standard Model들에 대한 LHC의 추적은 계속되고 있고, 힉스는 여러모로 거의 확정 상태, 암흑물질의 우주론적 증거는 확증되었고, 간접증거로 볼 수 있는 우주선 데이터가 쌓이고 있는 상태, 암흑에너지의 증거도 이미 확증되었고 그 정체를 이해하는 것이 요구되는 흥미로운 상황이라고 보는게 더 적합하다고 봅니다.
  • 긁적 2013/01/01 12:39 #

    ㄷㄷㄷㄷㄷㄷ.....
    힉스 빼면 봐도 뭔지 모르겠다. ㅠ.ㅠ.ㅠ.ㅠ.

    여튼 새해 복 많이 받으세요 ^^
  • 최강로봇 도라에몽 2013/01/01 19:06 #

    요즘 물리학의 대세는 역시 입자인가? 여튼 여러 발견들이 중첩되서 세로운 발견 및 기술의 도약점이 되었으면 좋겠네요

    까놓고 미래기술좀 보고싶다!
  • gagamel 2013/01/02 11:52 # 삭제

    다중대폭발 우주....현재는 1곳에서 대폭발이라는데 그것보다는 여러곳에서 동시에 대폭발이 일어나 현재의 우주모습이 되었다고하면 정체를 모르는 암흑에너지 문제가 해결되지않나요. 은하형성도 설명하기 쉽고 등방성도 설명하기 쉽고 균일성도 설명하기 쉽고....큰 은하 갯수만큼 대폭발이 있었다고하면 아주 쉬워보이는데....아이큐는 높아보이는데 창의력 좀...
  • ExtraD 2013/01/02 15:27 #

    표준적인 인플레이션 우주론의 경우에 비해 말씀하신 '인과적으로 연결되지 않은 여러곳에서 동시에 대폭발이 등방적으로 발생한다'는 가정이 실은 훨씬 어렵고, 부자연스럽습니다. 그리고 어떻게 진공 에너지 값이 결정되었는지 전혀 답이 되지 못합니다.
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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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