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지상 최대의 초전도 입자가속기 제작

본궤도에 오른

'페르미'국립 가속기 연구소의 초전도 입자가속기 모델에서 행한 양성자 충돌의 컴퓨터 조작. '힉스 보손'이란 새로운 입자의 검출을 보여준다. '힉스 보손'은 W+와 W-보손으로 붕괴된다. W+보손은 양전자(푸른 실선)와 뉴트리노(노란 점선)로 붕괴되고 W-보손은 붕괴되어 두 개의 가벼운 쿼크가 되는데 이들은 다시파 이온(녹색 실선)등으로 된다
 

미국 '페르미'국립 가속기 연구소에서 지상 최대의 새로운 입자가속기의 모델실험이 완료되었다. '테바트론'이라는 이름의 이 모델은 실제의 20분의1 에너지 수준인데 오는 95년 가속기가 완성되면 현재 가장 강력한 '바타비아' 가속기 보다 20배 이상 큰 출력을 낼 것이다. 완성될 입자 가속기의 명칭은 SSC(Super conducting Supercollider).

이제까지의 상상을 뛰어넘는 규모로 건설될 이 SSC는 세 부분으로 되어있다. 중앙의 사무실과 연구실, 양성자를 미리 가속시키는 3개의 싱크로트론, 그리고 둘레가 83km 에 달하는 터널 모양의 가속기 본체가 그것이다.

터널 속에는 두 개의 진공튜브가 들어 있는데 이 속으로 양성자 빔이 흐른다. 튜브 둘레에는 강력한 초전도 자장이 걸려 동력소비를 최소화하고 양성자 빔을 모아준다.

두 튜브 속의 양성자 빔은 각각 반대 방향으로 가속되는데 15분 만에 20조 eV의 에너지 상태에 이른다. 이때 전자기 문이 열려 두개의 빔이 맞부딪힌다. 지극히 짧은 이충돌의 순간에 우리는 우주창조의 순간을 잠깐 동안이나마 엿볼수 있다. 왜냐하면 충돌시에 대폭발이후 ${10}^{16}$초 후에나 있었던 높은 에너지 상태가 만들어지기 때문이다.

물질은 궁극적으로 무엇으로 구성돼 있나를 알아보려는 것이 SSC제작의 목적이다. 특히 이론적으로만 존재가 예측됐던 '힉스 보손'이라는 새로운 입자를 검출해 낼까에 비상한 관심이 쏠리고 있다.(그림참조) 기존의 가속기와는 다른 차원의 사실을 밝혀낼 SSC는 질량의 기원과 '일렉트로 윅'이론에서의 대칭성파괴와 같은 근본적 문제를 본격적으로 구명하는 계기가 될 것이라고 전망되고 있다. SSC는 또 쿼크와 렙톤이 물질을 이루는 근본 요소인지 아니면 그 보다 기본적인 요소가 있는지에 대한 지금까지의 궁금증에 답해줄 것이다. 나아가 양자역학이 점점 더 작아지는 입자에도 계속 적용될지를 검증하는 기회를 제공할 것이다.

40억 달러를 들여 야심적으로 추진되는 SSC계획은 인류가 아직껏 부딪히지 못했던 에너지 세계로 우리를 인도해 시간이 처음 시작됐던 바로 직후에 일어났던 일들을 재현할 것이다.

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1986년 05월 과학동아 정보

  • 동아일보사 편집부

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