힉스 입자는 우주 탄생의 원리를 설명하기 위한 가설 중 가장 유력한 표준 모형(Standard Model)에서 없어서는 안될 소립자들 중 유일하게 아직 존재를 증명받지 못한 입자다.

우주가 막 탄생했을 때 몇몇 소립자들에 질량을 부여한 것으로 간주된 힉스 입자는 지금까지 관측할 수 없었고 태초의 순간에만 잠깐 존재했던 것으로 추정된다는 이유로 ‘신의 입자’라고 불려 왔다.

표준 모형에서 우주 만물을 구성하는 입자들로 제안된 나머지 12종의 소립자들이 모두 발견된 탓에 힉스 입자는 표준 모형에서 일종의 ‘잃어버린 조각’에 해당한다.

힉스 입자가 발견되면 우주가 어떻게 만들어졌는지, 물질이 어떻게 구성되는지를 표준 모형으로 설명할 수 있게 된다.

반면 힉스 입자를 찾지 못하거나 새로운 입자의 존재가 규명된다면 표준 모형이 아닌 다른 이론 체계를 통해 우주의 생성에 대한 해답을 처음부터 다시 찾기 시작해야 한다.

표준 모형에 의하면, ‘대폭발’로 우주가 생성된 시점부터 약 10억분의 1초가 지나는 동안 힉스 입자로 구성된 가상의 에너지 공간 ‘힉스 공간’을 다양한 소립자들이 통과하면서 소립자들이 질량을 얻게 된다.

1964년 영국의 물리학자 피터 힉스를 비롯한 6명의 물리학자들이 이 가설을 처음 제시했다.

원자보다 작은 입자들을 측정해야 하는 특성 때문에 힉스 입자의 존재를 증명하려는 실험은 1980년대 미국 페르미연구소에서 입자가속기 ‘테바트론’을 가동하면서 본격적으로 시작됐으며, 유럽입자물리연구소(CERN)에서 강입자가속기(LHC)를 운영하기 시작하면서 빠르게 진전돼 왔다.

힉스 입자의 질량은 양성자의 약 150배 정도일 것으로 추산돼 왔으며, 과학자들은 입자 충돌 과정에서 이 정도의 질량 범위를 갖는 새 소립자가 있는지 여부를 추적해 왔다.

그러나 소립자들이 가속된 양성자들의 충돌 직후 극히 짧은 시간동안만 나타난다는 점 때문에 힉스 입자의 흔적을 찾기 위해서는 무수히 많은 충돌 실험을 해야 했다.

연합뉴스