이야기
쿼크 교수
“아, 왔군요. 쿼크 교수예요, 반가워요. 방금 모든 것이 어떻게 시작됐는지 보셨죠. 제네바 지하 100미터에서 우리는 그 시작을 작게 되살려요. 제 입자 가속기에서요.”
쿼크 교수
“50년 동안 표준 모형은 거의 모든 걸 설명해 왔어요. 쿼크, 렙톤, 세 가지 힘. “거의”요. 우주 물질의 약 85%는 암흑 물질이고, 무엇으로 이루어졌는지 아무도 몰라요.”
쿼크 교수
“저는 확신해요. 답은 아직 아무도 도달하지 못한 에너지에서 기다리고 있어요. 그러려면 더 큰 링이 필요해요. 그다음엔 아무래도 하나 더요.”
쿼크 교수
“원리는 이래요. 입자 다발 두 개가 거의 빛의 속도로 링을 반대 방향으로 돌아요. 검출기 안에서 교차할 때 둘을 충돌시키는 거예요. 운동 에너지가 새 입자가 돼요: E = mc².”
쿼크 교수
“충돌할 때마다 데이터가 나오고, 그걸로 업그레이드를 사요. 찾은 입자로는 자석과 검출기 값을 치르고요. 빔 에너지가 높을수록 더 무거운 입자가 생길 수 있어요.”
쿼크 교수
“큰 목표는 힉스 보손이에요. 다섯 개를 모으면 위원회가 다음 링을 승인해요. 먼저 FCC, 그다음엔 유럽을 가로질러, 지구를 한 바퀴, 달 궤도를 한 바퀴 … 저 멀리 태양권까지요.”
쿼크 교수
“그리고 저 바깥 어딘가, 알려진 모든 것 너머에서 공식적으로는 존재하지도 않는 입자들이 기다려요. 우리가 찾아낼 거예요. 함께요.”
작동 원리
쿼크 교수
“아래에 타이밍 바가 있어요. 점은 입자 다발의 리듬에 맞춰 움직여요. 밝은 구간은 다발이 검출기 한가운데에서 교차하는 순간이에요.”
쿼크 교수
“밝은 구간에서 탭하면 적중이에요. 데이터를 전부 얻고, 새 입자를 찾을 기회도 생겨요. 빗나가면 빔은 진공관 속 잔류 기체만 맞혀요. 몇 바이트, 그게 전부예요.”
쿼크 교수
“적중. 하지만 1 MeV에서는 광자만 생겨요. 질량 없는 빛의 양자죠. 물질을 만들기엔 아직 에너지가 모자라요.”
쿼크 교수
“전자의 질량은 0.511 MeV이고, 절대 혼자 생기지 않아요. 언제나 반입자인 양전자와 함께예요. 그래서 1.02 MeV, 빔에 최소한 이만큼 필요해요. 아인슈타인 공식 그대로죠: E = mc².”
쿼크 교수
“하나 더요. 교차를 연속으로 맞히면 포커스가 쌓여요. 적중당 충돌이 늘어나요. 한 번 빗나가거나 오래 쉬면 사라져요.”
쿼크 교수
“전자예요. 순수한 에너지에서 생긴 첫 물질 조각이죠. 그 짝인 양전자는 폴 디랙이 예측했고, 1932년에 실제로 발견됐어요.”
쿼크 교수
“여기서는 입자가 두 번째 화폐예요. 데이터로 빔 값을 치르고, 입자로 장비 값을 치러요. 예를 들어 전자로는 광도를 사요.”
쿼크 교수
“광도가 높으면 다발이 촘촘해져 충돌이 늘어요. 직접 쏘지 않아도 레벨당 초당 0.2회예요. 그래도 직접 맞힌 적중이 더 좋아요. 고급 이상 모든 입자의 확률이 세 배거든요.”
쿼크 교수
“이제 커피를 가지러 가도 기계는 돌아가요. 다음 목표: 140 MeV의 파이온.”
쿼크 교수
“파이온은 가장 가벼운 강입자예요. 쿼크와 반쿼크가 강력으로 묶여 있죠. 유카와 히데키가 1935년에 원자핵을 붙잡는 접착제로 예측했어요.”
쿼크 교수
“파이온이에요. 곧 뮤온도 나와요. 전자의 무거운 사촌으로, 질량이 207배예요.”
쿼크 교수
“둘 다 자기장 값으로 써요. 더 강한 쌍극자 자석은 에너지가 더 높은 빔을 궤도에 붙잡아 둬요. 레벨마다 충돌당 데이터 ×1.3이에요.”
쿼크 교수
“검출기는 양파처럼 생겼어요. 층층이 겹쳐 있고, 층마다 보는 입자가 달라요.”
쿼크 교수
“가장 안쪽엔 수명이 짧은 무거운 입자용 버텍스 검출기, 그다음엔 전하를 띤 입자용 궤적 검출기가 있어요. 열량계는 에너지를 재요. 가장 바깥엔 뮤온 챔버가 있죠. 거기까지 오는 건 뮤온뿐이에요.”
쿼크 교수
“층의 레벨이 오를 때마다 그 입자 계열이 12% 더 자주 나와요. 궤적 검출기부터 시작하세요. 첫 레벨은 파이온 몇 개면 되고, 이벤트 디스플레이에서 처음으로 진짜 궤적이 보여요.”
쿼크 교수
“벌써 꽤 모았네요. 입자에는 여섯 등급이 있어요. 일반, 고급, 희귀, 영웅, 전설, 그리고 큰 링 목표인 신화. 더 큰 링마다 새로운 가설 입자가 등장해요.”
쿼크 교수
“도감에는 입자마다 무엇인지, 어떻게 발견됐는지, 그리고 아직 무엇이 빠졌는지 나와 있어요.”
쿼크 교수
“125 GeV에서는 본격적이에요. 힉스 보손이죠. 피터 힉스가 1964년에 예측했고, 2012년에 발견됐어요. 바로 여기 CERN에서요.”
쿼크 교수
“실제 LHC에서는 충돌 10억 번에 한 번 생겨요. 여기선 더 빠르지만 그래도 드물어요. 열량계가 도와줘요. 광자 두 개로 붕괴하는 걸 볼 수 있거든요.”
쿼크 교수
“우리끼리 하는 말인데요, 다발이 색을 띠고 빛나면 희귀한 걸 싣고 있어요. 그때 맞히세요. 아니면 사라져요.”
쿼크 교수
“이제 우아해져요. 모든 입자는 고유한 진동수로 진동해요, E = hν. 업그레이드 메뉴에서 빔의 파동을 J/ψ에 정확히 맞추세요. 그러면 줄줄이 생겨요. 1974년의 그 발견은 지금도 “11월 혁명”이라 불려요.”
쿼크 교수
“깔끔하게 측정했어요. 좋은 이벤트는 네 단계로 발표돼요. 학회 발표, 논문, 표지 논문, 노벨상. 입자마다 단계별 칸이 있어요. 이벤트가 오르는 단계는 가장 약한 측정값이 정해요. 더 좋은 검출기와 업그레이드가 그 값을 올려요. 이미 발표된 건 도감에서 볼 수 있어요.”
쿼크 교수
“기록한 이벤트는 질량, 분해능, 유의도, √s, 파일업, 희귀도, 트리거의 일곱 가지 값으로 측정돼요. 측정 기록에서 볼 수 있어요.”
쿼크 교수
“각 값은 게임의 같은 단계에 있는 비슷한 이벤트와 비교돼요. “60%보다 좋다”는 비슷한 이벤트 100개 중 60개보다 좋다는 뜻이에요.”
쿼크 교수
“일곱 값 중 가장 약한 값이 정해요. 60%부터 학회 발표, 80%부터 논문, 90%부터 표지 논문, 99.2%부터 노벨상. 약한 값 하나가 전체를 붙잡아요.”
쿼크 교수
“회색 칸은 아직 비어 있어요. 이벤트가 충분히 좋으면 저절로 채워져요. 그러려면 검출기, 분해능, 트리거를 키우고 파일업은 낮게 유지하세요. 값을 탭하면 어떤 업그레이드가 도움이 되는지 보여요.”
