Main | Notice | Daum View | Twitter | guestbook

LHC 거대 하드론 충돌기

2010.02.04 18:29


총 10조원의 공사비가 들어간 인류 역사상 가장 크고 가장 복잡한 기계 LHC

거대 하드론 충돌기
(Large Hadron Collider, 줄여서 LHC)는 CERN에서 세운 입자 가속 및 충돌기로, 스위스 제네바 근방에서 공사를 마무리하였다. LHC는 2008년 9월 10일에 목표치보다 낮은 에너지에서 가동을 시작하였다. 그로부터 몇 개월 뒤 목표치인 7 TeV에 도달한 이후, LHC는 세계 최대, 최고 에너지의 입자 가속기가 된다. LHC의 자금 모집 및 건설은 34개 국가의 대학과 연구소 및 2000여 명의 과학자들이 힘을 합쳐 이루어졌다.



영국 에든버러대의 힉스(Higgs) 교수는 우주가 식어가면서 각각의 입자에 질량을 전달해 준 또 다른 입자가 필요하다고 설명했다. 이후 이 입자를 힉스 교수의 이름을 따 힉스 입자라고 불렀다. 즉 힉스를 발견해야 우주 빅뱅부터 현재의 소립자 물리학까지 완벽하게 들어맞게 되는 것이다.이번 실험에서 힉스 입자를 찾아내면 현재의 입자물리학 이론은 입증이 되지만, 그렇지 않으면 입자물리학 이론을 처음부터 다시 시작해야 한다.

거대 강입자 가속기의 전체 전경,스위스와 프랑스에 걸쳐 있고,지하 100m 아래에 묻혀 있다.


힉스를 찾아내려면 우주탄생 초기로 돌아가야 한다. CERN은 수조원을 들여 지하 100m 깊은 곳에 지름 8㎞의 원형 입자가속기 LHC를 건설했다. LHC는 두 개의 양성자를 강력한 전기장과 자석으로 가속시킨 뒤 빅뱅 당시와 비슷한 에너지로 서로 정면 충돌시키는 실험을 진행한다.


이때 들어가는 에너지는 17 TeV(테라전자볼트·1TeV는 1조 전자볼트). 1.5볼트 소형 건전지 10조 개를 연결해야 얻을 수 있는 에너지다. 힉스 입자 검출 여부는 실험이 본격화되는 2010년경에 나올 것으로 보인다. 서울대 물리학부의 김선기 교수는 "힉스 입자를 찾지 못하면 물질을 설명하는 현대물리학의 표준모형은 뭔가를 잘못 해석했다는 뜻이 된다"며 "대폭 수정이 불가피해질 것"이라고 말했다.

엄청난 데이터 처리도 도전과제

LHC는 크기만큼이나 나오는 실험 데이터의 양도 어마어마하다. 경북대 물리학과 손동철(56) 교수는 "LHC에서는 초당 500조 바이트의 데이터가 쏟아진다"면서 "컴퓨터 저장 매체인 CD로 치면 초당 80만 장에 달하는 분량"이라고 말했다.

물리학자들은 효과적인 데이터 처리를 위해 두 가지 방안을 고안했다. 첫 번째는 방대한 데이터 중에 의미 있는 데이터를 선별하는 작업이다. 이른바 '트리거 데이터 취득 시스템(Trigger Data Acquisition System)'이다. 데이터의 중요도를 판별해 데이터를 없애거나 압축을 해서 최대 10억분의 1 정도로 데이터의 크기를 줄인다.

그렇게 해도 연간 5 PB(페타바이트, 1PB는 1000조 바이트)의 데이터가 쏟아진다. 연간 CD 800만 장 분량이다. 데이터를 처리할 수퍼컴퓨터 구입 비용도 천문학적으로 증가할 수밖에 없다.


CERN의 GRID 컴퓨터실


두 번째 해결 방안은 전 세계 컴퓨터 수만 대를 연결하는 '그리드(grid)' 네트워크다. 수퍼컴퓨터를 따로 구매하지 않고 전 세계에 흩어져 있는 수만 대의 컴퓨터를 초고속 전용인터넷 회선으로 연결해 같은 효과를 발휘하도록 한다는 것이다.

CERN은 전 세계에 흩어져 있는 컴퓨터를 네트워크로 묶어 활용해본 경험이 풍부하다. 현재 인터넷의 일반적인 방식이 된 월드와이드웹(world wide web)이 CERN에서 나왔다. LHC 연구를 돕기 위해 이미 미국·유럽·일본에 있는 연구소와 대학의 컴퓨터 수만 대가 연결됐다. 국내에서는 경북대 고에너지물리연구소에서 참여하고 있다.

LHC가 만들어낼 미니 블랙홀의 위험성은?

LHC가 빅뱅 직후 초기 우주를 재현할지도 관심사다. 빅뱅 이론에 따르면 우주 초기에는 물질과 반물질의 양이 비슷했다. 그런데 지금 우주에는 대부분 물질만 남았다. 반물질의 양은 물질의 100억분의 1 정도에 불과하다. 사라진 반물질을 찾는 일도 LHC의 숙제다.

한편 LHC에서는 순간적으로 엄청난 에너지가 작은 공간에 모이기 때문에 ‘미니 블랙홀’이 만들어질 가능성이 있다. ‘미니 블랙홀’이 붕괴할 때 생기는 빛과 에너지에도 물리학자들의 관심이 쏠리고 있다.



 
CERN측에서는 LHC에서 발생할 미니 블랙홀은 불과 수십억분의 1초에 생겼다가 사라지는 초미세 블랙홀이기 때문에 지구를 집어삼키거나 하는 황당한 일은 절대로 벌어지지 않는다고 밝히고 있다.


한국 연구진 60여 명 참여

한국 과학자들도 이 ‘축제’의 일원이다. 지난해 4월 과학기술부(현 교육과학기술부)가 CERN과 협력협정을 맺은 뒤 국내 연구팀도 LHC 연구에 참여하고 있다.
최영일 CMS사업단장(성균관대 물리학과 교수)을 대표로 고려대, 경북대, 서울시립대 등 13개 대학팀에서 60여명의 연구진이 CERN을 오가며 현재 연구를 진행 중이다.

최 단장은 “한국 연구팀은 CMS 검출기 조립과 검출기에서 얻을 어마어마한 양의 데이터를 분석하는 일에 참여하고 있다”며 “이르면 3년 안에 국내에서도 우수한 논문이 나올 것”으로 기대했다.

LHC가 임무를 제대로 수행할 수 있을까. 분위기는 희망적이다. 지난 1월 미국의 과학잡지 ‘파퓰러사이언스’가 입자물리학자들을 대상으로 조사한 결과에 따르면 LHC가 힉스 입자를 발견할 확률은 90%로 나타났다. 초대칭 입자를 관측할 확률은 42.8% 이다.


신고

mullu Merkabah

티스토리 툴바