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세상 돌아가는 이야기

쉬운 그림으로 힉스 입자에 대해 설명한 뉴욕타임즈 기사

by lovelykorean 2025. 4. 4.

목차

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    쉬운 그림으로 힉스 입자에 대해 설명한 뉴욕타임즈 기사

    힉스 입자는 다른 입자에게 질량을 부여할 수 있습니다.

    모든 물질의 질량을 설명하는 가장 근본적인 입자로 알려져 있으며, 2012년에 처음으로 그 존재가 증명되어 입자 물리학의 '표준 모형(標準模型, Standard Model,)'이 완성되었습니다.

    '표준 모형'에 따르면, 우리 우주는 단순히 17개의 기본 입자들과 4개의 기본 상호작용들의 소란으로 작동하고 있습니다.

    다음은 힉스 입자의 발견 직후, 이 입자의 성질에 대해 쉽게 설명한 뉴욕 타임즈의 이미지 기사입니다.

    '신의 입자'라는 별명은 노벨상 수상자 레온 레더먼이 쓴 책 제목(The God Particle)에서 유래했는데, 본래는 "저주받을 입자(Goddamn Particle)"라고 부르려 했으나 출판사가 과학적 흥미를 돋우기 위해 제목을 변경했습니다.

    힉스 입자의 과학적 명칭은 힉스 보손(Higgs Boson)입니다.

    What Is the Higgs? - Interactive Graphic The New York Times - 기사 원문 링크
     

    What Is the Higgs?

    Two physicists, Peter Higgs of Britain and François Englert of Belgium, on Tuesday won the Nobel Prize in Physics. But just what is the Higgs Boson?

    archive.nytimes.com

    Two physicists, François Englert and Peter Higgs, won the Nobel Prize on Tuesday for their theory explaining how particles acquire mass.
    두 물리학자 프랑수아 엥글레르와 피터 힉스는 입자가 어떻게 질량을 얻는지 설명하는 이론으로 화요일에 노벨상을 수상했습니다.

    힉스 입자란 무엇일까?

    What Is the Higgs? Drawings by Nigel Holmes
    나이젤 홈즈 그림.
    What is the Higgs field?
    힉스 장이란 무엇일까?
    It's difficult to visualize, so many people resort to metaphor.
    힉스 입자는 눈에 보이지 않기 때문에, 많은 사람들이 이 힉스 입자를 설명할 때 다른 것에 비유해서 설명합니다.
    It has been described as a kind of cosmic molasses, dragging on particles as they move through it.
    힉스 장은 그 공간을 통과하려는 입자를 잡아당기고, 입자들은 힉스 장에 붙들려 끌려가는 성질이 있기 때문에 흔히 '우주의 당밀'로 묘사되어 왔습니다. (당밀은 끈적끈적한 설탕물이나 카라멜 시럽이라고 보시면 됩니다.)
    But we'll use a field of snow.
    그러나 우리는 눈 덮인 설원을 통해 힉스 입자를 이해해 보겠습니다.
    스키를 타는 사람은 약간 저항을 받지만, 거의 활강하듯 눈 위를 빠르고 쉽게 질주할 수 있습니다.
    A woman shuffles by on snowshoes, and is slowed by the snow.
    스노우 슈즈를 신은 한 여성도 눈 위를 걸어가는데, 눈 때문에 속도가 느려집니다.
    And a man in heavy boots plods along, slowed at every step,
    그리고 무거운 부츠를 신은 남자도, 매 걸음이 힘겹고 느리지만 꾸준히 나아갑니다.
    And a man in heavy boots plods along, slowed at every step, while a bird flies over, untouched.
    그러나 그동안, 새 한마리가 그들의 위를 날아갑니다.
    The Higgs field is like our field of snow.
    힉스 장(힉스 필드)은 우리의 눈밭과 비슷합니다.
    But instead of countless snowflakes, the field is made up of Higgs bosons.
    하지만 셀 수 없이 많은 눈송이 대신, 그곳은 힉스 입자(힉스 보손)로 구성되어 있습니다.
    Particles that interact with the Higgs field have mass.
    힉스 장과 상호작용을 하는 입자는 질량을 가지게 됩니다.
    Like the skier, electrons barely interact with the field. They have very little mass.
    마치 (활강하는) 스키어처럼, 전자는 힉스 장과 거의 상호작용을 하지 않습니다. 전자는 질량이 매우 적기 때문입니다.
    Like the snowshoer, the quarks that make up protons and neutrons interact more strongly with the field. They have a bit more mass.
    양성자와 중성자를 구성하는 쿼크들은 스노우 슈즈를 신고 있는 사람처럼 힉스 장과 더 강하게 상호 작용을 합니다. 그들은 약간 더 많은 질량을 지니게 됩니다.
    W and Z bosons plod through the Higgs field like people in heavy boots. They have thousands of times more mass.
    W 그리고 Z 보손은 무거운 부츠를 신은 사람처럼 힉스 장을 천천히 가로지릅니다. 그들은 수천 배 더 많은 질량을 가집니다.
    Photons and gluons don't interact with the field at all.
    광자와 글루온은 힉스 장과 전혀 상호 작용을 하지 않습니다.
    They are massless.
    그것들은 질량이 없습니다.

    Fifty years ago, physicists had no idea why some particles had mass, and other particles didn't.
    50년 전만 해도, 물리학자들은 도대체 왜 어떤 입자는 질량을 가지고 있고, 다른 입자는 질량을 가지지 못하는지 전혀 알지 못했습니다.
    So they thought up the Higgs, and have been searching for it ever since.
    그래서 그들은 힉스 입자라는 개념을 생각해냈고, 그 이후로 계속해서 그것을 찾아 다니게 되었습니다.
    An elusive, missing snowflake in our theory of falling snow.
    우리의 눈 내리는 이론에서 실종되어 찾기 힘든, '잃어버린 눈송이'.
    In Search of the Higgs
    힉스 입자를 찾는 여정이 시작되었습니다.
    Imagine never having seen a snowflake.
    당신이 눈송이를 한 번도 본 적이 없다고 상상해 보세요.
    Now prove one exists by probing the slush and mist of melting snow.
    이제 녹은 눈의 슬러시와 안개를 조사하여 그런 것(눈송이의 결정)이 존재한다는 것을 증명해 보세요.
    You can't see a Higgs boson,
    당신은 힉스 입자를 볼 수 없습니다.
    and no sensor can pick one out from the Higgs field that it forms.
    그리고 어떤 센서도 수많은 힉스 입자들이 형성하고 있는 힉스 장 안에서 힉스 입자 하나만을 골라낼 수 없습니다.
    For 50 years, physicists have been building larger and more powerful accelerators to vaporize particles and sift through the debris.
    50년 동안, 물리학자들은 입자를 증발시키고 파편을 걸러내기 위해 더 크고 더 강력한 입자 가속기를 만들어 왔습니다.
    In the tunnels at CERN, protons are sped along a track to within a breath of the speed of light,
    CERN(유럽입자물리연구소)의 터널에서, 양성자는 빛의 속도에 가까운 속도로 트랙을 따라 이동합니다.
    then smashed together in a violent explosion. The protons annihilate each other, releasing a burst of energy.
    그리고 서로 부딪혀 강렬한 폭발을 만들어 냅니다. 양성자는 서로를 소멸시켜, 넘쳐 흐르는 에너지를 방출합니다.
    But Einstein tells us that mass is energy, E = m * c ^ 2 and physics tells us that energy can't be destroyed.
    하지만 아인슈타인은 질량이 곧 에너지라고 말했습니다. 그리고 물리학은 "에너지는 파괴될 수 없다"고 정의합니다.
    An array of new particles pours from the fireball, energy spun back into tiny specks of mass.
    불덩어리 속에서 새로운 입자들이 줄지어 쏟아져 나오고, 에너지는 다시 회전하며 작은 질량 덩어리가 됩니다.

    A machine surrounds and tracks the debris,
    기계(입자 가속기)는 파편을 둘러싸고 추적합니다.
    bending charged particles as they plow through layers of sensors.
    하전된 입자가 센서 층을 통과하면서 구부러집니다.
    Repeat this a million times, then tens of millions, before a second has passed.
    이것을 백만 번, 그리고 수천만 번을 반복해도, 고작해야 1초도 걸리지 않습니다.
    And keep going because you're looking for something very rare.
    계속 반복하는 이유는 우리가 찾고 있는 것이 매우 희귀한 것이기 때문입니다.
    Once every few billion impacts,
    수십억 번의 충돌 중에 한 번씩,
    a Higgs boson pops into existence.
    한 개의 힉스 입자가 갑자기 존재하게 됩니다.
    The moment can't be sensed directly, so it triggers no celebration, no Champagne.
    그 순간을 직접적으로 보거나 느낄 수는 없으므로, 샴페인을 터뜨리며 축하할 수도 없습니다.
    But the Higgs is unstable
    하지만 힉스 입자는 몹시 불안정하여, 즉시 분열합니다.
    After trillions of collisions these fragments of the Higgs might accumulate statistically to form a bump on a chart.
    수조 번의 충돌을 거친다면 힉스 입자의 조각들은 통계적으로 축적되어 차트에 융기를 형성할 수도 있습니다.
    With more data, the bump grows past uncertainty and clears a statistical hurdle.
    더 많은 데이터를 통해, 순간적이나마 힉스 입자가 존재했던 흔적은 불확실성을 넘어 통계의 장벽을 뛰어넘었습니다.
    A discovery has been made.
    새로운 발견을 하나 이룩하였습니다.
    힉스 입자의 흔적을 추적해 낸 것입니다.
    2013년 노벨물리학상 수상자, 피터 힉스 (Peter W. Higgs, 1929년 5월 29일 ~ 2024년 4월 8일, 향년 94세)
    피터 힉스 교수는 1964년에 이미 힉스 보손의 존재를 예측했다. 그러나 스티븐 호킹 박사는 힉스 보손의 검출 가능성을 부정했고, 두 물리학 거장은 힉스 입자의 발견 여부에 100달러를 걸고 내기를 하기도 했다. 결국 LHC에서 힉스 입자의 발견을 발표하면서 호킹 박사는 자신이 내기에서 졌음을 순순히 인정하고 힉스 교수가 노벨상을 받아야 한다고 주장하는 등 축하를 보내기도 했다.

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