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역사상 가장 큰 과학장비이자 최대의 가속기인 유럽의 '거대 전자-양자충돌기'(Large Electron-Positron Collider)가 지난 8월초 완공되었다. 7년의 세월, 그리고 10억달러나 되는 비용을 소요하면서 만들어진 것.

머리글자를 따서 LEP로 불리우는 이 가속기는 9월안으로 과학자들의 비상한 관심거리인 몇가지 의문에 대해 해답을 줄 가능성이 있다.
이들 의문가운데 하나는 이제까지 알려진 세가지 물질형태이외에 또 하나의 것이 존재하는지에 관한 것이다.
물질의 한가지 형태는 우리주변에 일상적으로 존재하는 것이며 나머지 두가지는 우주선(線)이나 가속기내에서만 존재하는 것이다. 즉 원자내 입자들이 가속기내에서 부딪힐 때 순간 나타나는 것.

LEP의 등장으로 유럽은 미국에 대해 입자 물리학에서 우세한 위치에 서게 됐다. 미국에는 페르미연구소와 스탠퍼드 대학에 가속기가 있지만 규모면에서 LEP에 훨씬 뒤진다.
LEP의 길이는 16.6마일이며 프랑스와 스위스접경지역의 지하를 둥글게 돌고 있는 터널로 돼있다. 공사비를 댄 나라는 모두 14개국.
 

무한한 중요성을 지닌 입자

페르미연구소의 가속기 '테바트론'의 길이는 4마일로서 양자와 반(反)양자를 충돌시키는데 썼다. 미국학자들은 이것으로는 부족해 현재 텍사스에 초거대 가속기(길이 53마일)의 건설을 의회와 행정부에 요구하고 있는 중이다. 계획이 완전히 확정되고 공사가 끝나기까지는 적어도 앞으로 10년 세월이 지나야할 것으로 보인다. 따라서 미국이나 일본 물리학계에서는 LEP에서의 실험결과를 대단히 주목하고 있다.

LEP는 곧 전자와 그 반물질인 양(陽)전자를 충돌시킨다. 이 충돌에서 전자와 양전자는 서로를 없애면서 에너지를 발생하며 이 에너지는 무겁고 순간적으로 존재하는 입자로 변하게 되는데 학자들의 관심대상은 바로 이 순간적으로 나타났다 사라지는 입자의 정체를 아는 일이다.
이 입자는 자연계에 존재하지 않는다. 그러나 우주탄생의 시초, 이른바 '빅뱅'직후에는 존재했을 것으로 믿어지고 있는 것이다. 초기의 우주가 점차 냉각되면서 이 입자들은 해체되어 여러가지 물질형태로 변해버렸다는 것이다.

물리학자들은 입자가속기를 천문학자의 망원경에 비유한다. 거대 가속기는 빅뱅직후의 조건을 재현함으로써 물리학자들로 하여금 모든 '존재의 뿌리'를 살필 수 있게 해주는 것이다.

물론 가속기라하더라도 우주탄생의 순간과 꼭 같은 무한대의 에너지밀도를 가진 조건을 만들수는 없다. 허지만 가속기내의 충돌에너지가 커질수록 유사한 환경이 조성되는 것이다.

물질의 한가지 형태(일상적인 물질)는 전자와 전자-중성미자 그리고 핵입자의 구성요소인 두가지 형의 쿼크로 돼 있다. 업(up)과 다운(down)쿼크가 그것. 그리고 우주선이나 가속기내에서 발견되는 것으로 두가지의 다른 물질의 형태가 있는데 이중 한가지는 스트레인지(strange)와 참(charmed) 그리고 뮤온, 뮤온-뮤온중성미자로 구성돼 있는 것으로 믿어지고 있다. 나머지 한가지는 톱(top)과 버틈(bottom)쿼크에 타우(tau)입자와 타우-중성미자로 구성돼 있는 것으로 알려지고 있다. 문제는 이중「톱」쿼크를 찾는 일.

LEP에는 이탈리아출신의 물리학자 '에밀리오 피카소'박사의 지휘아래 5백여명이 가속기를 작동하고 있다. 이들은 요즘 하루 24시간 교대로 근무하면서 열심히 일하고 있다. 이밖에 1천 3백여명의 과학자들이 4개 실험팀으로 나뉘어 9월말까지 실험결과를 얻어 내려고 애쓰고 있다.