페르미랩 실험에서 새 입자 존재 가능성 첫 확인

 한국 연구진 7명을 포함한 7개국 190명의 국제 공동 연구진이 현대 물리학의 근간이 되는 표준 모형으로 설명할 수 없는 새로운 입자의 존재 가능성을 처음 확인했다.

국제 공동 연구진은 미국 페르미국립연구소(페르미랩)에 설치한 지름 15m의 뮤온 저장링 장치를 이용해 강력한 자기장을 발생시킨 뒤 그 속에서 뮤온 입자의 궤적을 추적했다.

연구진은 2017년부터 매년 한 차례 실험을 진행하면서 g의 이론값이 실험값과 일치하는지 조 사해 왔다(강력한 자기장에서는 뮤온의 자석 축이 팽이처럼 흔들리고, 이 흔들림은 g값으로 표현된다).

만약 실험값이 이론값과 다르게 나타난다면 아직 발견되지 않은 새로운 입자나 힘이 존재한다는 증거가 되기 때문이다.

연구진은 첫해 실험 데이터를 분석해 g값이 2,00233184122'라는 결과를 얻었다. 표준 모형 으로 계산한 이론값은 2,00233183620으로 실험값이 더 큰 것으로 나타났다. 이는 뮤온이 예상 보다 더 빨리, 더 강하게 흔들린다는 뜻이다.

국제 공동 연구진은 현재 뮤온 g-2 실험의 2년 차와 3년차 데이터를 분석하면서 동시에 네 번째 실험을 진행하고 있다. 내년에는 다섯 번째이자 마지막 실험이 예정돼 있다.

이 입자의 존재가 확실해지면 2012년 '힉스' 발견으로 완성된 표준 모형이 초대칭 이론' 등 차세대 이론에 자리를 내주어야 할 수도 있다는 뜻이어서 전 세계 물리학계가 실험 결과에 주목하고 있다.

이 연구 결과는 국제 학술지 《Physical Review Letters》에 실렸다.

출처: 뉴턴 2021.05