힉스 보손이란 무엇인가?

이론 물리학자인 존 엘리스가 "힉스 보손이란 무엇인가?"에 대한 답을 내놓았다. LHC2012에서의 세미나에 대한 기자회견을 위해 준비한 내용으로, 2012년 7월 4일 CERN에서 열린 힉스 보손에 대한 연구 결과로 나타났다. 자세한 내용은, http://cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR16.12E.html 에서 볼 수 있고 비디오는 https://cdsweb.cern.ch/record/1458922를 통해서도 볼 수 있다.

힉스란 무엇일까요?

지난 1964년부터 이런 아이디어가 있었어요.

엥글러, 브라웃 그리고 힉스가 제안한 건데요,

빈 공간이 마치 매개체와 같다는 거에요

그리고 입자들이 이 매개체를 떠다니면서

몇 몇 입자들이 매개체와 상호작용을 하고

몇 몇은 상호작용을 하지 않는다는 거죠.

매개체와 상호작용을 하는 입자들은

질량을 얻게 돼요.

그리고 상호작용 없이 매개체를 뚫고 지나가는 입자는

질량이 없는 입자들이죠.

비유를 하자면,

눈으로만 가득한 무한대의 공간을 생각해보세요.

공간이 계속해서 확장되어 가면서

평평하고 실체가 없는 공간이 모든 방향으로 뻗어 나갑니다.

시베리아의 가장 깊은 곳 까지도 가겠지요.

이제, 당신이 그 눈밭을

가로질러 간다고 생각해보세요.

아마 스키를 타거나

언덕의 꼭대기를 지나가거나 할 수도 있겠죠.

그것이 바로 힉스의 평원에서

상호작용을 하지 않는 입자에요.

눈 속으로 가라앉지도 않고 굉장한 속도로 지나가죠.

이것은 빛의 속도로 여행하는 질량이 없는 입자와 같아요.

하지만 당신이 설화밖에 신지 않았다면

힉스의 눈밭에 가라앉게 되겠죠.

스키타는 사람의 속도보다도,

빛의 속도보다도 느려진 거에요.

이것이 바로 질량이 있는 입자와 같은 거죠.

힉스의 눈밭과 연결되어서 상호작용을 하기 때문이죠.

그리고 마침내 설화를 신었다면

눈 속 깊숙히, 아주 아주 깊숙히

가라앉게 됩니다.

그것이 큰 질량을 가진 입자에요.

그러니까, 이 힉스 평원이라는 것을

눈밭으로 이루어진 우주라고 생각하세요.

그럼, 힉스 보손은 어디에서 오나요?

우리는 눈이 무엇으로 이루어졌는 지는 알아요.

눈송이로 이루어져있죠.

같은 식으로, 이 힉스의 눈밭 우주는

아주 작은 양자로 이루어져 있어요.

이 양자들은 눈송이와 같아서 우리가 힉스 보손이라고 부르는 거에요.

힉스 보손은 질량을 주는 역할을 해요.

모든 기본적인 입자에 말이죠.

표준 모델의 기초 방정식을 한 번 보세요.

제 티셔츠에 써 있는 이런 것들 말이에요.

아주 대칭적이죠.

그래서 전부 다른 제각각의 입자가 같아 보이는 거에요.

예를 들어, 입자의 질량이 다르다면 구분이 가능하겠지만

최소 맨 위 두줄은 그런 구분 가능한 게 아무것도 없어요.

하지만 이 대칭은 곧 깨지기 마련이죠.

전자는 뮤온보다 가볍고

가장 위에 있는 쿼크는 일상의 세포핵보다

훨씬 더 무섭죠.

그래서, 가장 위의 두 줄은 대칭적인 줄이에요.

그런데 구별을 하는 무언가가 있어야만 하는데

서로 다른 입자를 구별하는

무언가가 있어야만 한다는 거에요.

그것이 바로 힉스 보손의 역할인데

가장 아래에 있는 두 줄의 역할이에요.

우리는, 쿼크, 전자, 뮤온이

어떻게 다른지에 따라서,

그것들이 힉스 평원, 힉스 보손에 어떻게 연관되어 있는지에 따라

서로 다른 질량을 얻는다고 알고 있는거에요.

입자간 대칭이 이렇게 깨지는 거에요.