[미디어파인 칼럼 = 이상원 기자] W 보손이라는 기본입자의 질량을 측정하는 새로운 방법은 기대를 저버렸다. 그 결과는 표준모형으로 알려진 우리 세계의 기본적인 비트와 봅에 대한 물리학자들의 이론에 결함이 있을 수 있음을 암시한다. 이 이론은 질량이 약 7,000만 전자볼트, 즉 MeV인 W 보손을 예측한다. 하지만 새로 측정된 질량은 이보다 큰 80,433.5MeV라고 물리학자들이 보도했다.
이 발견은 새로운 입자나 아직 발견되지 않은 물리학의 다른 미스터리들을 암시할 수도 있다. 만약 확인된다면, 이것은 분명히 탐험할 수 있는 매우 흥미로운 새로운 물리학을 의미하게 될 것이다. 하지만 이전의 측정 결과, 제네바 근처 CERN에 있는 강입자 충돌기에서의 실험에서 나온 것을 포함하여, W 보손 질량들이 표준모형과 더 밀접하게 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 물리학자들은 자신들의 이론이 틀렸다고 선언하기 전에, 추가적인 확인을 기다리고 있다.
1983년에 발견된 W 보손은 표준모형에서 중요한 역할을 한다. 입자는 양전하 또는 음전하의 두 가지 종류로 나타난다. 대전 되지 않은 상대 입자인 Z 보손과 함께 입자들은 약한 핵력을 운반하는데, 이 핵력은 특정 유형의 방사성 붕괴를 담당하며 태양의 동력이 되는 핵반응에 중요한 역할을 한다. CDF가 2002년부터 2011년까지 수집한 데이터를 사용하여 연구팀은 현재 폐쇄된 테바트론 입자 충돌기에서 양성자와 반물질 대응물인 반양자의 충돌에서 생성된 W 보손을 찾아보았다. 그 분석은 연구자들이 끝날 때까지 최종 결과가 무엇인지 말할 수 없도록 설계되었다.
0.01퍼센트의 정확도로, 이 새로운 W 보손 질량 측정은 이전 기록보다 약 두 배 더 정확했다. 새로운 측정값은 결과의 통계적 유의성을 측정하는 7 시그마만큼 표준모형의 기댓값과 일치하지 않는다. 이는 물리학자들이 발견을 주장하기 위해 보통 요구하는 5 시그마를 훨씬 웃도는 값이다. 그런데도 CERN의 ATLAS 물리학자 기욤 우날은 "너무 흥분하기 전에 CDF 측정을 확인하는 독립적인 측정 과정을 보고 싶다"라고 말한다. 2018년 유럽 물리 저널 C에 기술된 ATLAS 측정 외에도 CERN 실험에서 W 보손의 질량을 측정한 또 다른 측정도 표준 모델 예측과 일치했다.
만약 새로운 측정값이 유지된다면, 물리학의 어떤 비밀이 작용할지는 아직 확실하지 않다. 알려진 각 입자가 더 무거운 짝을 가지고 있다고 가정하는 초대칭 이론에 의해 예측되는 것과 같은 새로운 입자들은 W 보손 질량을 위쪽으로 이동시키는 데 도움을 줄 수 있다. 물리학자들이 무엇을 발견하든 간에, 그들은 이 중요한 입자의 세부사항들에 대해 새롭게 이해하게 될 것이다.
[이상원 칼럼니스트]
고려대 산업경영공학과(재학 중)
미디어파인 대학생칼럼니스트 겸 기자