ALICE 국제연구팀 자연계 상호작용 사각지대 ‘데드콘’ 직접 관측 성공
양자색소역학 근본적 특성 밝혀 글루온을 방사하는 맵시쿼크와 데드콘 인하대 권민정 교수 제공 © 뉴스1 대전 뉴스1 심영석 기자 ALICE 국제공동연구팀 한국팀 대표 인하대 권민정 교수 이 강한상호작용의 근본적 특성인 ‘데드콘 dead cone ’ 효과를 직접 관측하는 데 성공했다. 7일 한국연구재단에 따르면 강한상호작용은 글루온을 통해 쿼크 간에 생기는 상호작용으로 자연계의 네가지 기본 상호작용 중의 하나다. dead cone 은 입자의 진행 방향을 기준으로 글루온이 방사되지 않는 원뿔 형태의 사각지대를 말한다. 유럽핵입자물리연구소 CERN 의 거대강입자가속기 LHC 를 이용한 국제공동프로젝트 중 하나인 ALICE 실험은 빅뱅 직후 백만분의 1초 후에 형성됐을 원시 우주를 재현하고 관찰함으로써 우주의 진화과정 및 강한상호작용의 근본 원리를 이해하는 것을 목표로 진행되고 있다. 강한상호작용을 설명하는 표준모형의 이론인 양자색소역학에 따르면 입자가 충돌할 때 생성되는 기본입자인 파톤 쿼크 은 더 낮은 에너지의 파톤을 연속적으로 방사하며 파톤 샤워를 만들어낸다. 물리학자들은 양자색소역학의 기본 방정식을 바탕으로 글루온이 방사되지 않는 파톤 샤워의 사각지대 이른바 dead cone이 존재할 것으로 예측했으며 현재까지는 간접적으로만 dead cone의 존재를 확인할 수 있었다. 이에 ALICE 연구팀은 LHC를 통해 수년간 양성자 충돌 데이터를 축적해왔고 데드콘을 직접 관측하기 위한 독창적인 데이터 분석 방법을 개발해왔다. 그 결과 연구진은 양성자 충돌 데이터에 정교한 최첨단 분석 기술을 적용 강한상호작용을 설명하는 근본적 특성인 데드콘 효과를 직접 관측할 수 있었다. 특히 강입자에 속박되지 않은 맵시 쿼크 여섯개의 쿼크 중 세번째로 무거운 쿼크 가 유한한 질량을 갖고 있다는 것을 확인했다. 이는 맵시 쿼크가 포함된 제트 입자다발 를 측정한 후 시간을 거슬러 올라가며 파톤 샤워의 패턴을 조사해가는 방법으로 dead cone이 존재한다는 직접적인 증거를 제시한 것이다. 연구진은 보완연구를 통해 바닥 쿼크 두번째로 무거운 쿼크 양성자 질량의 약 4.5배 가 포함된 제트를 측정하면 dead cone효과를 정량적으로 이해할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 나아가 ALICE 연구팀의 궁극적 목표인 우주 초기물질과 유사한 고온 고밀도 물질을 이해하는 데에도 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 한편 이번 성과는 국제학술지 ‘네이처’에 최근 게재됐다.
A하대 권민정 교수가 맵시 쿼크 여섯개의 쿼크 중 세번째로 무거운 쿼크 가 유한한 질량을 가지고 있는 강한상호작용의 근본적 특성인 ‘데드콘 dead cone ’ 효과를 직접 관측하는 데 성공했다.