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현대 물리학의 표준 모형도 예측 못한 새로운 기본 입자가 있을까. 지난 4월 6일 미국 페르미연구소의 물리학자들은 입자가속기를 이용해 충돌 실험을 한 결과 표준 모형으로 설명할 수 없는 현상을 관측했다고 밝혔다. 표준 모형은 자연계의 기본 입자와 4가지 힘 중 중력을 뺀 나머지의 상호작용을 설명하는 이론이다.

연구팀은 거대강입자가속기(LHC)가 등장하기 전까지 세계 최고의 입자가속기였던 테바트론을 이용해 양성자와 반양성자를 충돌시켰다. 그 결과 충돌로 생기는 입자의 질량 분포가 표준 모형과 다른 사건이 250회 이상 발생했다. 예측과 다른 분포는 1440억 전자볼트(eV) 부근이었다. 지금까지 알려진 입자 중에서 질량이 이 정도인 입자는 없다.

연구팀은 이것이 LHC를 이용해 찾으려는 힉스 입자도 아니라고 판단했다. 힉스가 생성될 확률보다 300배나 높은 빈도로 나왔기 때문이다. 즉 실험 결과가 사실이라면 완전히 새로운 입자이거나 제5의 힘일 수도 있다는 뜻이다. 이강영 건국대 물리학부 연구교수는 “물리학의 기본 힘은 게이지 입자를 매개로 하는데, 이게 새로운 게이지 입자라면 새로운 힘도 있다는 뜻”이라고 설명했다.

물리학계에는 아직 두고 봐야 한다는 반응이 많다. 만약 사실이라면 교과서를 다시 써야 하는 대단한 발견이지만, 단지 오류일 가능성도 있다. 에너지를 아주 정확히 측정하긴 어렵기 때문이다. 이 교수는 “아직 결론을 내리기는 이르다”며 “테바트론과 LHC의 자료가 더 쌓여야 확실히 알 수 있다”고 말했다.