우주 비밀 푸는 힉스 입자 붕괴과정 소실험실에서 관찰 성공

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김범준 포스텍 교수
<김범준 포스텍 교수>

국내 연구팀이 이차원 전자계에서 힉스 입자를 처음으로 관측했다. 우주 탄생의 비밀을 밝히는 힉스 입자를 작은 실험실에서 이뤄냈다.

포스텍(총장 김도연)은 김범준 물리학과 교수팀이 이차원 양자 자석에서 힉스 입자를 관측하고, 그 붕괴과정을 규명하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.

힉스 입자는 신이 모든 생명체에 생명을 부여하듯 소립자에 질량을 부여해 '신의 입자'라는 별명을 갖고 있다. 소립자는 힉스 입자의 붕괴를 통해 질량을 갖는다.

힉스 입자를 규명하려면 붕괴 과정의 규명이 우선이다. 하지만 힉스 입자는 점이나 면 같은 저차원계에서는 특히 빨리 붕괴되기 때문에 관측이 어렵다.

우주 비밀 푸는 힉스 입자 붕괴과정 소실험실에서 관찰 성공

입자물리에서 힉스 입자는 직접 관측되는 것이 아니라 그 붕괴 잔해를 통해 확인할 수 있어 붕괴 과정의 연구는 곧 힉스 입자 발견의 토대가 된다. 하지만 지금까지 응집물리 분야에서 이를 직접 다룬 연구결과는 없었다.

연구팀은 물질 내 스핀파의 개형 분석 실험으로 그래핀과 같이 단일 층만으로도 물성이 완성되는 이차원 양자 자석에서 스핀파의 가로 방향 진동을 관측했다. 이때 이 힉스 입자가 한쌍의 종파로 붕괴된다는 사실을 밝혀내는 데 성공했다.

일반적으로 이런 연구는 유럽핵입자물리연구소(CERN)과 같은 거대 인프라에서 이뤄져 왔다. 작은 실험실에서 이 같은 실험 결과를 얻어낸 것은 큰 성과다.

김범준 교수는 “힉스 입자의 붕괴과정이 응집물리 분야에서 관측된 것은 이번이 처음”이라며 “특히 우주의 탄생을 밝히는 힉스 입자 관측이 대형 인프라 없이 작은 실험실에서 구현됐다는 점에서 높은 평가를 받고 있다”고 밝혔다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com